GAS：.cfi_def_cfa_offset 的解释

Question

我想要解释 GCC 生成的程序集中与 .cfi_def_cfa_offset 指令一起使用的值。我隐约知道 .cfi 指令涉及调用帧和堆栈展开，但我想更详细地解释为什么，例如，在编译以下 C 程序时 GCC 输出的程序集中使用值 16 和 8在我的 64 位 Ubuntu 机器上。

C 程序：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv)
{
        printf("%d", 0);
        return 0;
}

我在源文件 test.c 上调用了 GCC，如下所示：

gcc -S -O3 test.c

。我知道 -O3 可以实现非标准优化，但为了简洁起见，我想限制生成的程序集的大小。

生成的程序集：

        .file   "test.c"
        .section        .rodata.str1.1,"aMS",@progbits,1
.LC0:
        .string "%d"
        .text
        .p2align 4,,15
.globl main
        .type   main, @function
main:
.LFB22:
        .cfi_startproc
        subq    $8, %rsp
        .cfi_def_cfa_offset 16
        xorl    %edx, %edx
        movl    $.LC0, %esi
        movl    $1, %edi
        xorl    %eax, %eax
        call    __printf_chk
        xorl    %eax, %eax
        addq    $8, %rsp
        .cfi_def_cfa_offset 8
        ret
            .cfi_endproc
.LFE22:
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.5.2-8ubuntu4) 4.5.2"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

为什么生成的程序集中的 .cfi_def_cfa_offset 指令使用值 16 和 8？另外，为什么局部函数开始和函数结束标签使用数字 22？

Answer 1

正如 DWARF 规范 在第 6.4 节中所述：

[...] 调用框架是 由堆栈上的地址标识。我们将此地址称为规范框架 地址或 CFA。通常，CFA 被定义为堆栈指针的值 调用前一帧中的站点（可能与进入帧时的值不同） 当前帧）。

main()

是从其他地方调用的（在

libc

C 运行时支持代码中），并且，在执行

call

指令时，

%rsp

将指向堆栈的顶部（这是最低的）地址 - 堆栈向下增长），无论是什么（具体是什么在这里并不重要）：

:                :                              ^
|    whatever    | <--- %rsp                    | increasing addresses
+----------------+                              |

此时

%rsp

的值是“调用点的堆栈指针的值”，即规范定义的CFA。

当执行

call

指令时，它将把64位（8字节）返回地址压入堆栈：

:                :
|    whatever    | <--- CFA
+----------------+
| return address | <--- %rsp == CFA - 8
+----------------+

现在我们运行

main

处的代码，它执行

subq $8, %rsp

为自己保留另外8个字节的堆栈：

:                :
|    whatever    | <--- CFA
+----------------+
| return address |
+----------------+
| reserved space | <--- %rsp == CFA - 16
+----------------+

使用

.cfi_def_cfa_offset

指令在调试信息中声明堆栈指针的变化，您可以看到CFA现在距当前堆栈指针偏移16个字节。

在函数末尾，

addq $8, %rsp

指令再次更改堆栈指针，因此插入另一个

.cfi_def_cfa_offset

指令以指示CFA现在距离堆栈指针仅偏移8个字节。

（标签中的数字“22”只是一个任意值。编译器将根据一些实现细节生成唯一的标签名称，例如基本块的内部编号。）

Answer 2

我想要解释 GCC 生成的程序集中与

.cfi_def_cfa_offset

指令一起使用的值。

马修提供了很好的解释。以下是 GAS 手册中第 7.10 节 CFI 指令的定义：

.cfi_def_cfa_offset

修改计算CFA的规则。寄存器保持不变，但偏移量是新的。请注意，这是将添加到定义的寄存器以计算 CFA 地址的绝对偏移量。

和

.cfi_adjust_cfa_offset

：

与

.cfi_def_cfa_offset

相同，但偏移量是一个相对值，与之前的偏移量相加/相减。