Question

x86-64 架构下有点不同，函数参数（4 或 6）使用寄存器传递，被调用函数通过访问寄存器来访问传递进来的参数。

7.2.1 MSVC

MSVC 优化后：

Listing 7.4: MSVC 2012 /Ox x64

#!bash
$SG2997     DB      ’%d’, 0aH, 00H

main        PROC
            sub     rsp, 40
            mov     edx, 2
            lea     r8d, QWORD PTR [rdx+1]  ; R8D=3
            lea     ecx, QWORD PTR [rdx-1]  ; ECX=1
            call    f
            lea     rcx, OFFSET FLAT:$SG2997  ; ’%d’
            mov     edx, eax
            call    printf
            xor     eax, eax
            add     rsp, 40
            ret     0
main        ENDP

f           PROC
            ; ECX - 1st argument
            ; EDX - 2nd argument
            ; R8D - 3rd argument
            imul    ecx, edx
            lea     eax, DWORD PTR [r8+rcx]
            ret     0
f           ENDP

我们可以看到函数 f() 直接使用寄存器来操作参数，LEA 指令用来做加法，编译器认为使用 LEA 比使用 ADD 指令要更快。在 mian() 中也使用了 LEA 指令，编译器认为使用 LEA 比使用 MOV 指令效率更高。

我们来看看 MSVC 没有优化的情况：

Listing 7.5: MSVC 2012 x64

#!bash
f           proc near

; shadow space:
arg_0       = dword ptr 8
arg_8       = dword ptr 10h
arg_10      = dword ptr 18h

            ; ECX - 1st argument
            ; EDX - 2nd argument
            ; R8D - 3rd argument
            mov     [rsp+arg_10], r8d
            mov     [rsp+arg_8], edx
            mov     [rsp+arg_0], ecx
            mov     eax, [rsp+arg_0]
            imul    eax, [rsp+arg_8]
            add     eax, [rsp+arg_10]
            retn
f endp

main        proc    near
            sub     rsp, 28h
            mov     r8d, 3 ; 3rd argument
            mov     edx, 2 ; 2nd argument
            mov     ecx, 1 ; 1st argument
            call    f
            mov     edx, eax
            lea     rcx, $SG2931 ; "%d
"
            call    printf

            ; return 0
            xor     eax, eax
            add     rsp, 28h
            retn
main        endp

这里从寄存器传递进来的 3 个参数因为某种情况又被保存到栈里。这就是所谓的“shadow space”2：每个 Win64 通常（不是必需）会保存所有 4 个寄存器的值。这样做由两个原因：1）为输入参数分配所有寄存器（即使是 4 个）太浪费，所以要通过堆栈来访问；2）每次中断下来调试器总是能够定位函数参数 3。

调用者负责在栈中分配“shadow space”。

7.2.2 GCC

GCC 优化后的代码：

Listing 7.6: GCC 4.4.6 -O3 x64

#!bash
f:
        ; EDI - 1st argument
        ; ESI - 2nd argument
        ; EDX - 3rd argument
        imul    esi, edi
        lea     eax, [rdx+rsi]
        ret

main:
        sub     rsp, 8
        mov     edx, 3
        mov     esi, 2
        mov     edi, 1
        call    f
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC0 ; "%d
"
        mov     esi, eax
        xor     eax, eax ; number of vector registers passed
        call    printf
        xor     eax, eax
        add     rsp, 8
        ret

GCC 无优化代码：

Listing 7.7: GCC 4.4.6 x64

#!bash
f:
        ; EDI - 1st argument
        ; ESI - 2nd argument
        ; EDX - 3rd argument
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        mov     DWORD PTR [rbp-12], edx
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        imul    eax, DWORD PTR [rbp-8]
        add     eax, DWORD PTR [rbp-12]
        leave
        ret

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     edx, 3
        mov     esi, 2
        mov     edi, 1
        call    f
        mov     edx, eax
        mov     eax, OFFSET FLAT:.LC0 ; "%d
"
        mov     esi, edx
        mov     rdi, rax
        mov     eax, 0 ; number of vector registers passed
        call    printf
        mov     eax, 0
        leave
        ret

System V *NIX [21]没有“shadow space”，但被调用者可能会保存参数，这也是造成寄存器短缺的原因。

7.2.3 GCC: uint64_t instead int

我们例子使用的是 32 位 int，寄存器也为 32 位寄存器（前缀为 E-）。

为处理 64 位数值内部会自动调整为 64 位寄存器：

#!cpp
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

uint64_t f (uint64_t a, uint64_t b, uint64_t c)
{
    return a*b+c;
};
int main()
{
    printf ("%lld
", f(0x1122334455667788,0x1111111122222222,0x3333333344444444));
    return 0;
};

Listing 7.8: GCC 4.4.6 -O3 x64

#!cpp
f       proc near
        imul    rsi, rdi
        lea     rax, [rdx+rsi]
        retn
f       endp

main    proc near
        sub     rsp, 8
        mov     rdx, 3333333344444444h ; 3rd argument
        mov     rsi, 1111111122222222h ; 2nd argument
        mov     rdi, 1122334455667788h ; 1st argument
        call    f
        mov     edi, offset format ; "%lld
"
        mov     rsi, rax
        xor     eax, eax ; number of vector registers passed
        call    _printf
        xor     eax, eax
        add     rsp, 8
        retn
main    endp

代码非常相似，只是使用了 64 位寄存器（前缀为 R）。