编译器使用局部变量而不调整 RSP

问题描述：

在问题编译器：理解从小程序生成的汇编代码中，编译器使用两个局部变量而不调整堆栈指针。

不调整RSP以使用局部变量似乎不安全，因此编译器似乎依赖于硬件在发生中断时自动切换到系统堆栈。否则，出现的第一个中断会将指令指针推送到堆栈上并覆盖局部变量。

该问题的代码是：

#include <stdio.h>

int main()
{
    for(int i=0;i<10;i++){
        int k=0;
    }
}

该编译器生成的汇编代码是：

00000000004004d6 <main>:
  4004d6:       55                      push   rbp
  4004d7:       48 89 e5                mov    rbp,rsp
  4004da:       c7 45 f8 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x0
  4004e1:       eb 0b                   jmp    4004ee <main+0x18>
  4004e3:       c7 45 fc 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
  4004ea:       83 45 f8 01             add    DWORD PTR [rbp-0x8],0x1
  4004ee:       83 7d f8 09             cmp    DWORD PTR [rbp-0x8],0x9
  4004f2:       7e ef                   jle    4004e3 <main+0xd>
  4004f4:       b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
  4004f9:       5d                      pop    rbp
  4004fa:       c3                      ret    

局部变量i位于[rbp-0x8]和k。[rbp-0x4]

有人能解释一下这个中断问题吗？硬件确实切换到系统堆栈了吗？怎么做到的？我的理解错了吗？

解决方案 1：

这就是x86-64 ABI所谓的“红区” 。维基百科摘要：

在计算中，红区是函数堆栈框架中当前堆栈指针以外的固定大小区域，该区域不由该函数保留。被调用函数可以使用红区存储局部变量，而无需修改堆栈指针的额外开销。中断/异常/信号处理程序不得修改此内存区域。System V 使用的 x86-64 ABI 要求 128 字节红区从堆栈指针的当前值正下方开始。

在 64 位 Linux 用户代码中，只要使用的字节数不超过 128 个，就可以了。这是叶函数（即不调用其他函数的函数）最常用的一种优化。

如果您使用GCC（或兼容编译器）将该示例程序编译为 64 位 Linux 程序，并且使用该-mno-red-zone选项，您将看到生成如下代码：

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16;     <<============  Observe RSP is now being adjusted.
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 0
.L3:
        cmp     DWORD PTR [rbp-4], 9
        jg      .L2
        mov     DWORD PTR [rbp-8], 0
        add     DWORD PTR [rbp-4], 1
        jmp     .L3
.L2:
        mov     eax, 0
        leave
        ret

可以通过此godbolt.org链接观察到此代码生成。

对于 32 位 Linux 用户程序来说，不调整堆栈指针是一件坏事。如果您将问题中的代码编译为 32 位代码（使用-m32选项）main，则会出现类似以下代码：

main:
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        sub     esp, 16;     <<============  Observe ESP is being adjusted.
        mov     DWORD PTR [ebp-4], 0
.L3:
        cmp     DWORD PTR [ebp-4], 9
        jg      .L2
        mov     DWORD PTR [ebp-8], 0
        add     DWORD PTR [ebp-4], 1
        jmp     .L3
.L2:
        mov     eax, 0
        leave
        ret

可以通过此gotbolt.org链接观察到此代码生成。