在进行 C 到 Intel x86 程序集转换时，堆栈上的数组分配占用的空间超过了所需的空间 [重复]

Posted 2023-02-21

【中文标题】在进行 C 到 Intel x86 程序集转换时，堆栈上的数组分配占用的空间超过了所需的空间 [重复]

【英文标题】：Array allocation on stack taking more space than required while doing C to Intel x86 Assembly Conversion [duplicate]

【发布时间】：2021-08-04 16:00:57

【问题描述】：

我正在学习 C 和 intel x86 汇编。我使用了这个简单的 C 代码。

#include <stdio.h> 
void function()
 char c[1];

int main()
 function();
 return 0;

我用下面的命令编译它来获取程序集。

gcc -S -o code.s code.c

函数的预期输出汇编如下：

pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $24, %esp

我的理解是 1 个字符是 1 个字节，intel x86 中的 1 个字大小是 4 个字节，因为我们以字长进行分配，所以应该在堆栈上为 char 分配总共 4 个字节的内存长度为 1 的数组。但是为什么上面的程序集显示 24 字节的分配。

在玩了之后我发现如果 char 数组长度保持在 1-12 范围内，则汇编代码显示 24 个字节的分配，但如果它超过 12，假设它是 13，那么它显示 40 个字节。

对我来说很困惑..

【问题讨论】：

在这种情况下，这只是因为您没有启用优化（然后会删除整个函数，所以...）。在一般情况下，这是因为堆栈指针和数据本身对齐。

您能否请我参考任何文章或链接，因为我仍然没有得到它

gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.5.0/gcc/…

@Jester：GCC 的 16 个额外字节的堆栈分配并不总是随着优化而消失，例如Why does GCC allocate more space than necessary on the stack, beyond what's needed for alignment?。 godbolt.org/z/nhrdGv7zb 表明 GCC -O3 执行 sub $28, %esp （如果您创建数组 volatile 则它不会消失）。 -fstack-protector-strong 似乎是查询者默认 GCC 选项的一部分，因此在 Godbolt 上需要使用 -O0 重现 24。

【参考方案1】：

用于 IA-32 (Intel386) 的原始 System V Unix ABI 要求堆栈指针在 4 字节边界上对齐。¹ 用于 IA-32 的（未发布的）Linux ABI 基于最初的 System V Unix ABI，但在 2015 年 2 月发布了更新的 Linux IA-32 ABI 1.0 版，要求在调用函数时堆栈指针对齐到 16（如果在堆栈上传递 __m256，则为 32）字节边界.²（此 ABI 已于 2015 年 12 月更新至 1.1 版，³据我所知是撰写本文时的最新版本。）

函数调用的编译器前导代码通常假定堆栈在入口处已经对齐。它假定%esp+4（+4 代表堆栈上的返回地址）与 16（或 32）字节边界对齐，并确保堆栈指针减少 16 的倍数（并与32 的倍数）调用另一个函数时。即使被调用的函数没有调用另一个函数，它也会这样做。

对于下面的序言：

pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $24, %esp

在第一条指令 (pushl %ebp) 之前，%esp+4 与 16 字节边界对齐。在第一条指令之后，%esp+4+4 与 16 字节边界对齐。在第三条指令（subl $24, %esp）之后，%esp+4+4+24 对齐到 16 字节边界，由于 4+4+24 是 16 的倍数，%esp 对齐到 16 字节边界。

编译器可能已将subl $24, %esp 替换为subl $8, %esp 并仍保持堆栈与16 字节边界对齐。我不知道分配额外 16 个字节的原因。

在修订 ABI 的 1.0 版发布之前，Linux 的 GCC 编译器已经假设堆栈已经与 16 字节边界对齐多年。这导致 GCC 4.4 破坏了几个二进制文件。 “修复”是更改 ABI，破坏现有的旧代码，而不是修复编译器以与现有代码兼容。⁴

---

脚注：

System V Application Binary Interface, Intel386™ Architecture Processor Supplement Fourth Edition — 图 3-15：标准堆栈框架。 System V Application Binary Interface Intel386 Architecture Processor Supplement Version 1.0 — 2.2.2 堆栈框架。 System V Application Binary Interface Intel386 Architecture Processor Supplement Version 1.1 Bug 40838 - gcc shouldn't assume that the stack is aligned — Comment 86 by H.J.Lu (2011-01-18 21:07:26 UTC):

我正在更新 i386 psABI 以指定 16 字节堆栈对齐。

【讨论】：

Why does GCC allocate more space than necessary on the stack, beyond what's needed for alignment? - 额外的 16 个字节是一个常见的 GCC 错误；有人应该报告它...请注意，这是一个叶函数，并且数组小于 16 字节，因此没有任何对齐要求。 （clang -O3 和 volatile 来阻止数组优化实际上做了一个疯狂的sub $1, %esp；这可能不是一件好事。godbolt.org/z/Gcnqx8931）