v23.04 鸿蒙内核源码分析(汇编传参) | 如何传递复杂的参数原创

鸿蒙内核源码分析

发布于 2021-4-22 16:07

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汇编如何传复杂的参数?

汇编基础篇中很详细的介绍了一段具有代表性很经典的汇编代码，有循环，有判断，有运算，有多级函数调用。但有一个问题没有涉及，就是很复杂的参数如何处理?
在实际开发过程中函数参数往往是很复杂的参数，(比如结构体)汇编怎么传递呢?
先看一段C语言及汇编代码，传递一个稍微复杂的参数来说明汇编传参的过程

#include <stdio.h>
#include <math.h>
struct reg{//参数远超寄存器数量
    int Rn[100]; 
    int pc;
};

int framePoint(reg cpu)
{
    return cpu.Rn[0] * cpu.pc;
}

int main()
{
    reg cpu;
    cpu.Rn[0] = 1;
    cpu.pc = 2;
    return framePoint(cpu);
}

//编译器: armv7-a gcc (9.2.1)
framePoint(reg):
        sub     sp， sp， #16     @申请栈空间
        str     fp， [sp， #-4]!  @保护main函数栈帧，等同于push {fp}
        add     fp， sp， #0      @fp变成framePoint栈帧，同时也指向了栈顶
        add     ip， fp， #4      @定位到入栈口，让4个参数依次入栈 
        stm     ip， {r0， r1， r2， r3}@r0-r3入栈保存
        ldr     r3， [fp， #4]    @取值cpu.pc = 2    
        ldr     r2， [fp， #404]  @取值cpu.Rn[0] = 1
        mul     r3， r2， r3      @cpu.Rn[0] * cpu.pc
        mov     r0， r3          @返回值由r0保存
        add     sp， fp， #0      @重置sp，和add     fp， sp， #0配套出现
        ldr     fp， [sp]， #4    @恢复main函数栈帧
        add     sp， sp， #16     @归还栈空间，sp回落到main函数栈顶位置
        bx      lr              @跳回main函数
main:
        push    {fp， lr}        @入栈保存调用函数现场                     
        add     fp， sp， #4      @fp指向sp+4，即main栈帧的底部
        sub     sp， sp， #800    @分配800个线性地址，即main栈帧的顶部
        mov     r3， #1          @r3 = 1
        str     r3， [fp， #-408] @将1放置 fp-408处，即:cpu.Rn[0]处
        mov     r3， #2          @r3 = 2
        str     r3， [fp， #-8]   @将2放置 fp-8处，即:cpu.pc
        mov     r0， sp          @r0 = sp
        sub     r3， fp， #392    @r3 = fp - 392
        mov     r2， #388        @只拷贝388，剩下4个由寄存器传参
        mov     r1， r3          @保存由r1保存r3，用于memcpy
        bl      memcpy          @拷贝结构体部分内容，将r1的内容拷贝r2的数量到r0
        sub     r3， fp， #408    @定位到结构体剩余未拷贝处
        ldm     r3， {r0， r1， r2， r3} @将剩余结构体内容通过寄存器传参
        bl      framePoint(reg)         @执行framePoint
        mov     r3， r0          @返回值给r3
        nop @用于程序指令的对齐
        mov     r0， r3          @再将返回值给r0
        sub     sp， fp， #4      @恢复SP值
        pop     {fp， lr}        @出栈恢复调用函数现场
        bx      lr              @跳回调用函数

两个函数对应两段汇编，干净利落，去除中间各项干扰，只有一个结构体reg，以下详细讲解如何传递它，以及它在栈中的数据变化是怎样的?

入参方式

结构体总共101个栈空间(一个栈空间单位四个字节)，对应就是404个线性地址.
main上来就申请了 sub sp， sp， #800 @申请800个线性地址给main，即 200个栈空间

int main()
{
    reg cpu;
    cpu.Rn[0] = 1;
    cpu.pc = 2;
    return framePoint(cpu);
}

但main函数只有一个变量，只需101个栈空间，其他都算上也用不了200个.为什么要这么做呢?
而且注意下里面的数字 388， 408， 392 这些都是什么意思?
看完main汇编能得到一个结论是 200个栈空间中除了存放了main函数本身的变量外，还存放了要传递给framePoint函数的部分参数值，存放了多少个?答案是 388/4 = 97个. 注意变量没有共用，而是拷贝了一部份出来.如何拷贝的?继续看

memcpy汇编调用

        mov     r0， sp          @r0 = sp
        sub     r3， fp， #392    @r3 = fp - 392
        mov     r2， #388        @只拷贝388，剩下4个由寄存器传参
        mov     r1， r3          @保存由r1保存r3，用于memcpy
        bl      memcpy          @拷贝结构体部分内容，将r1的内容拷贝r2的数量到r0
        sub     r3， fp， #408    @定位到结构体剩余未拷贝处
        ldm     r3， {r0， r1， r2， r3} @将剩余结构体内容通过寄存器传参

看这段汇编拷贝，意思是从r1开始位置拷贝r2数量的数据到r0的位置，注意只拷贝了 388个，也就是 388/4 = 97个栈空间.剩余的4个通过寄存器传的参数.ldm代表从fp-408的位置将内存地址的值连续的给r0 - r3寄存器，即位置(fp-396，fp-400，fp-404，fp-408)的值.
执行下来的结果就是

r3 = fp-408， r2 = fp-404 ，r1 = fp-400 ，r0 = fp-396 得到虚拟地址的值，这些值整好是memcpy没有拷贝到变量剩余的值

逐句分析 framePoint

framePoint(reg):
        sub     sp， sp， #16     @申请栈空间
        str     fp， [sp， #-4]!  @保护main函数栈帧，等同于push {fp}
        add     fp， sp， #0      @fp变成framePoint栈帧，同时也指向了栈顶
        add     ip， fp， #4      @定位到入栈口，让4个参数依次入栈 
        stm     ip， {r0， r1， r2， r3}@r0-r3入栈保存
        ldr     r3， [fp， #4]    @取值cpu.pc = 2    
        ldr     r2， [fp， #404]  @取值cpu.Rn[0] = 1
        mul     r3， r2， r3      @cpu.Rn[0] * cpu.pc
        mov     r0， r3          @返回值由r0保存
        add     sp， fp， #0      @重置sp，和add     fp， sp， #0配套出现
        ldr     fp， [sp]， #4    @恢复main函数栈帧
        add     sp， sp， #16     @归还栈空间，sp回落到main函数栈顶位置
        bx      lr              @跳回main函数

framePoint申请了4个栈空间目的是用来存放四个寄存器值的，以上汇编代码逐句分析.

第一句: sub     sp， sp， #16     @申请栈空间，用来存放r0-r3四个参数

第二句: str     fp， [sp， #-4]!  @保护main的fp，等同于push {fp}，为什么这里要把main函数的fp放到 [sp， #-4]! 位置，注意 !号，表示SP的位置要变动，因为这里必须要保证参数的连续性.

第三句: add     fp， sp， #0      @指定framePoint的栈帧位置，同时指向了栈顶 SP

第四句: add     ip， fp， #4      @很关键，用了ip寄存器，因为此时 fp sp 都已经确定了，但别忘了 r0 - r3 还没有入栈呢.从哪个位置入栈呢， fp+4位置，因为 main函数的栈帧已经入栈了，在已经fp的位置.中间隔了四个空位，就是给 r0-r3留的.

第五句: stm     ip， {r0， r1， r2， r3}@r0-r3入栈，填满了剩下的四个空位.

第六句: ldr     r3， [fp， #4]    @取的就是cpu.pc = 2的值，因为上一句就是从这里依次入栈的，最后一个当然就是cpu.pc了.

第七句: ldr     r2， [fp， #404]  @取值cpu.Rn[0] = 1，其实这一句已经是跳到了main函数的栈帧取值了，所以看明白了没有，并不是在传统意义上理解的在framePoint的栈帧中取值.

第八句: mul     r3， r2， r3      @cpu.Rn[0] * cpu.pc 做乘法运算

第九句: mov     r0， r3          @返回值r0保存运算结构， 目的是return

第十句: add sp， fp， #0          @重置sp，其实这一句可以优化掉，因为此时sp = fp

第十一句: ldr     fp， [sp]， #4  @恢复fp，等同于pop {fp}，因为函数运行完了，需要回到main函数了，所以要拿到main的栈帧

第十二句: add     sp， sp， #16   @归还栈空间，等于把四个入参抹掉了.

最后一句: bx      lr            @跳回main函数，如此 fp 和 lr 寄存器中保存的都是 main函数的信息，就可以安全着陆了.

总结

因为寄存器数量有限，所以只能通过这种方式来传递大的参数，想想也只能在main函数栈中保存大部分参数，同时又必须确保数据的连续性，好像也只能用这种办法了，一部分通过寄存器传，一部分通过拷贝的方式倒是挺有意思的.

百万汉字注解.精读内核源码

百篇博客分析.深挖内核地基

给鸿蒙内核源码加注释过程中，整理出以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切.确实有难度，自不量力，但已经出发，回头已是不可能的了。　:P
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