函数进阶

函数调用栈

函数栈帧

分配给函数的栈空间被称为函数栈帧。其大致布局如下图所示：

调用者的栈基地址：保存调用函数的栈基地址，用于函数返回后获得调用函数的栈帧基地址
局部变量：函数内部本地变量
返回值：保存函数返回值临时变量
参数：函数调用时传入的参数，其值会被复制到函数栈帧中的参数变量中
返回地址：保存被调用函数返回后的程序地址，即调用函数中的下一条指令
BP、SP寄存器：保存当前函数的栈基地址和栈指针

注意：被调用函数的参数和返回值，是在调用者的函数栈帧中，而不是被调用函数的函数栈帧中

　　在 Go 语言中，是通过栈指针SP + 偏移来定位每个参数和返回值，因为 Go 的函数栈帧是一次性分配的 —— 分配栈帧时，直接将栈指针移到所需最大栈空间的位置，也就是栈顶。

　　一次性分配是为了防止栈访问越界。Go 语言编译器会在函数头部插入检测代码，如果发现需要进行“栈增长”，就会另外分配足够大的栈空间，把原来栈上的数据拷贝过来，原来的栈空间就会被释放。

传参

　　参数入栈顺序：从右至左，也就是从最后一个参数开始入栈，到第一个参数最后入栈

返回值

　　上一篇有提到返回值命名后，无论怎样，都会返回所命名的变量。通过函数栈帧能够非常清晰的了解其发生的具体原因：

　　即便没有进行返回值命名，编译器也会为返回值取名（例如：~r0、~r1...），可以说是独特的变量。

调用分析

　　在调用分析前，先了解两个函数调用时非常重要的汇编指令：

Call 指令：函数调用时，编译器会执行Call指令

将下一条指令的地址入栈，被调用函数结束后，跳回到该地址继续执行，这就是返回地址
跳转到被调用函数的指令入口处执行

Ret 指令：函数返回时，编译器会执行Ret指令

弹出Call 指令压栈的返回地址
跳转到返回地址

例一：

package main

import "fmt"

func B(a, b int) int {
  return a + b
}

func A(x, y int) int {
  z := B(x, y)
  return z
}

func main() {
  var a,b int = 6,8
　c := A(a,b)
  fmt.Println(c)
}

main函数：

var a,b int = 6,8

MOVQ $0x6 ,0x40(SP)
MOVQ $0x8 ,0x38(SP)

c := A(a,b)

MOVQ 0x40(SP), AX
MOVQ AX, 0(SP)
MOVQ $0x8，0x8(SP)
CALL $main.A(SB)
MOVQ 0x10(SP), AX
MOVQ AX, 0x30(SP)

　　执行到CALL指令时，函数调用栈如下：

A 函数：

func A(x, y int) int {

MOVQ GS:0x28, CX
MOVQ 0(CX)，CX
CMPQ SP, 0x10(CX)
JBE $0x6f63e0
SUBQ $0x28, SP    //SP向下移动0x28，这是A的函数栈帧大小
MOVQ BP, 0x20(SP)　　//存main的BP
LEAQ 0x20(SP), BP　　//设置A的BP
MOVQ $0x0, 0x40(SP)　　//初始化返回值，置0

z := B(x, y)

MOVQ 0x38(SP), AX
MOVQ 0x30(SP), CX
MOVQ CX, 0(SP)
MOVQ AX, 0x8(SP)
CALL $main.B(SB)
MOVQ 0x10(SP), AX
MOVQ AX, 0x18(SP)

　　执行到CALL指令时，函数调用栈如下：

B函数：

func B(a, b int) int {

MOVQ $0x0, 0x18(SP)

return a + b

MOVQ 0x8(SP), AX
ADDQ 0x10(SP), AX
MOVQ AX, 0x18(SP)
RET

　　从汇编代码可以看出，编译器没有为B函数分配函数栈帧，这是因为B函数没有局部变量，也没有调用其他函数。运行到RET时，函数调用栈如下：

　　（注意：执行了call指令后，SP会向下移动，指向返回地址。）

接下来就是逐步返回，函数调用栈如下：

看到这，可能会有一个疑问：

main 函数栈帧中，返回值区域只用了一个内存块，为什么要分配那么大空间？

　　那是因为 Go 是一次性分配的，所以会分配所需要的最大空间。虽然调用的A函数只用了一块，但之后的 fmt.Println 函数会用到这些空间。只不过在这里，我们并不对 fmt.Println 函数进行分析。

新版函数调用栈

　　上面的例子是靠栈区传递参数和返回值，是Go早期版本的统一标准，但在 Go 1.17 后，开始支持寄存器传递参数和返回值，函数调用栈就有所不同了：

一、函数返回值由函数自己的函数栈帧保存。（原本是由调用者的函数栈帧保存）

二、 9个以内的参数或返回值，由寄存器传递；9个以外的通过栈传递。

三、栈基地址指向保存返回地址的栈空间（原本是指向保存调用者的栈基地址的栈空间）

四、返回地址由被调用者的函数栈帧保存（因为被调用者的栈基地址指向了它）

例二

package main

func A(p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8, p9, p10, p11 int64) (int64, int64) {
    return p1 + p2 + p3 + p4 + p5 + p6 + p7, p2 + p4 + p6 + p7 + p8 + p9 + p10 + p11
}

func main() {
    var r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11 int64 = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
    a, b := A(r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11)
    c := a + b
    print(c)
}

　　其他步骤和原来一样，就不逐步分析了，函数调用栈如下：

　　在上图中，可以看到局部变量有很多个a、b，编译器为什么要这么做？具体原因笔者并不清楚，下面放对应的汇编代码：

a, b := A(r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11)

MOVQ 0xa8(SP), AX
MOVQ 0x68(SP), R9
MOVQ 0x70(SP), R8
MOVQ 0x78(SP), SI
MOVQ 0x80(SP), DI
MOVQ 0x88(SP), CX
MOVQ 0x90(SP), BX
MOVQ $0xa, 0(SP)
MOVQ $0xb, 0x8(SP)     //上面和这里都是寄存器传参
MOVL $0x8 ，R10
MOVL $0x9 ，R11    //这两步是栈区传参
NOPL 0(AX)(AX*1)
CALL $main.A(SB)    //调用A函数，第一个返回值存在AX中，第二个存在BX中
MOVQ AX, 0xd0(SP)
MOVQ BX, 0xc8(SP)
MOVQ AX, 0xe0(SP)
MOVQ BX, 0xd8(SP)
MOVQ AX, 0xc0(SP)
MOVQ BX, 0xb8(SP)    //返回值存入局部变量中