c&gcc:堆栈增长和对齐 - 对于64位机器

Question

我有以下程序.我想知道为什么它在下面的64位机器上输出-4？我的哪些假设出了问题？

[Linux ubuntu 3.2.0-23-generic#36-Ubuntu SMP Tue Apr 10 20:39:51 UTC 2012 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux]

1. 在上面的机器和gcc编译器中,默认情况下应该先推送b和第二个.堆栈向下增长.所以b应该有更高的地址和更低的地址.所以结果应该是积极的.但我得到了-4.任何人都能解释一下吗？

2. 参数是在堆栈帧中占用2个字节的两个字符.但是我看到差异为4,正如我所期望的那样1.即使有人说这是因为对齐,那么我想知道一个带有2个字符的结构未对齐4个字节.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void CompareAddress(char a, char b)
{
    printf("Differs=%ld\n", (intptr_t )&b - (intptr_t )&a);
}

int main()
{
    CompareAddress('a','b');
    return 0; 
}

/* Differs= -4 */

Answer 1

这是我的猜测:

在x64上的Linux中,调用约定规定前几个参数由寄存器传递.

所以你的情况,都a和b由寄存器,而不是堆栈传递.但是,由于你获取了它的地址,编译器会在调用函数后将它存储在堆栈的某个地方.
(没有必要按向下顺序.)

这个函数也可能是完全内联的.

在任何一种情况下,编译器都会创建临时堆栈空间来存储变量.这些可以按任何顺序进行,并且可以进行优化.因此,它们可能没有您所期望的任何特定顺序.

Answer 2

回答这些问题(关于特定平台上特定编译器的行为)的最佳方法是查看汇编程序.您可以gcc通过传递-S标志来转储其汇编程序(并且-fverbose-asm标志也很好).运行

gcc -S -fverbose-asm file.c

给出了一个file.s看起来有点像(我已经删除了所有不相关的位,并在括号中的位是我的笔记):

CompareAddress:
        # ("allocate" memory on the stack for local variables)
        subq    $16, %rsp       
        # (put a and b onto the stack)
        movl    %edi, %edx      # a, tmp62
        movl    %esi, %eax      # b, tmp63
        movb    %dl, -4(%rbp)   # tmp62, a
        movb    %al, -8(%rbp)   # tmp63, b 
        # (get their addresses)
        leaq    -8(%rbp), %rdx  #, b.0
        leaq    -4(%rbp), %rax  #, a.1
        subq    %rax, %rdx      # a.1, D.4597 (&b - &a)
        # (set up the parameters for the printf call)
        movl    $.LC0, %eax     #, D.4598
        movq    %rdx, %rsi      # D.4597,
        movq    %rax, %rdi      # D.4598,
        movl    $0, %eax        #,
        call    printf  #

main:
        # (put 'a' and 'b' into the registers for the function call)
        movl    $98, %esi       #,
        movl    $97, %edi       #,
        call    CompareAddress

(这个问题很好地解释了什么[re]bp和[re]sp.)

差异为负的原因是堆栈向下增长:即如果您将两个东西推入堆栈,那么您首先推送的那个将具有更大的地址,并且a之前被推送b.

原因-4不是-1编译器决定将参数与4字节边界对齐是"更好",可能是因为32位/ 64位CPU在处理4个字节时比处理单个字节更好.

(另外,查看汇编程序会显示具有的效果-mpreferred-stack-boundary:它实质上意味着堆栈上的内存以不同大小的块分配.)