为什么先推送会减少堆栈指针？

Question

我试图了解当某些东西被推入和拉出时堆栈是如何工作的，如果问题听起来很简单，那么抱歉。

我想从一些超级基础的东西开始，比如 8 位内存（我知道这会过于简单，但让我们从简单开始）

我设计堆栈的方式如下：

SP 最初将指向内存中的最高位置：0xFF

0xFF:   <- SP

当发出push命令时，我会保存val在SP指向的位置，然后减少SP。

0xFE:         <- SP
0xFF:  val

pop 命令将首先增加 SP，然后将 SP 指向的值移入寄存器。

基本上我的 SP 指向堆栈中的第一个可用位置。

然而，这似乎不是它在实际系统中的实现方式。

查看组装手册中的推送说明：

Decrements the stack pointer and then stores the source operand on the top of the stack.

所以基本上SP指向最新的存储值。

我的问题是：首先减少堆栈指针，堆栈的最顶部是不是不可用？如果我们在保存数据之前先减少指针，我们如何将数据存储到堆栈的第一个位置？

是否有理由以这种方式设计堆栈指针？

Answer 1

递减堆栈指针，然后将源操作数存储在堆栈顶部。

有一些设计方面的考虑（但请放心，我同意它是相对随意的，因为任何一个都可以工作）：

首先，让我们以您的示例为例，看看如果从一开始就将一个 2 字节的字压入堆栈会发生什么。

        0xFF:   <- SP

push.w val2

        0xFD:         <- SP
        0xFE:  val2(hi 8-bits)   # order depends on big/little endian
        0xFF:  val2(lo 8-bits)

该值的 8 位到达 SP 指向的位置（第一个可用字节），而其他 8 位必须低于该地址（因为它们不能高于该地址，嗯？）。堆栈指针指向一个空闲字节，所以刚压入的值可以在 SP + 1 处访问。

虽然这可以起作用，但替代方案似乎更合理：

刚刚推送的项目位于位置 SP + 0。

请记住，加载比存储更常见，因此加载堆栈的顶部项目可能比存储它更频繁地发生。在支持无位移加载的架构中，在 SP + 0 处访问堆栈顶部有利于加载。（它也有利于声称的空间而不是无人认领的空间。）

如果我们想到 SP + ? 作为已声明和未声明的分界线，在已声明的空间中包含 0 似乎更为实际和自然。这是因为（在计算机中，与数学不同）零更像是正数之一而不是负数——例如，考虑无符号数，它总是支持零（以及正值）。

我们还要注意，由于微架构的原因，内存读取比内存写入慢（读取通常在关键路径上，这限制了最大可能的时钟频率，而写入则不然）。因此，后递增弹出（加载）比预递增弹出更受欢迎，因为后递增可以在并行硬件（数据存储器访问）中进行加法，而预递增弹出将加法器放在地址总线和数据存储器读操作的方式。（当然，为了支持后递增弹出，我们需要一个递减前推送。）