程序的机器级表示-过程
3.7 过程
一个过程调用包括将数据（以过程参数和返回追的形式）和控制从代码的一部分转移到另一部分。
3.7.1 栈帧结构
IA32程序用程序栈来支持过程调用。机器用栈来传递过程参数、返回信息、保存寄存器用于以后恢复，以及本地存储。为单个过程分配的那部分栈称为栈帧。
下图描绘了栈帧的通用结构。栈帧的最顶端以两个指针界定，寄存器%ebp为帧指针，而寄存器%esp为栈指针。当程序执行时，栈指针可以移动，因此大多数信息的访问都是相对于帧指针的。
假设过程P(调用者)调用过程Q(被调用者)，则Q的参数放在P的栈帧中。另外，当P调用Q时，P中的返回地址被压入栈中，形成P的栈帧的末尾。返回地址就是当程序从Q返回时应该继续执行的地方。Q的栈帧从保存的帧指针的值（%ebp）开始，后面是保存的其他寄存器的值。
过程Q也用栈来保存其他不能放在寄存器中的局部变量。这样做的原因：
- 没有足够多的寄存器存放所有的局部变量。
- 有些局部变量是数组或结构，因此必须通过数组或结构引用来访问。
- 要对局部变量使用地址符号‘&’，必须能为它生成一个地址。
另外，Q会用栈帧来存放它调用其他过程的参数。如上图所示，在背调的过程中，第一个参数放在相对于%ebp偏移量为8的位置处，剩下的参数（假设数据类型需要的字节数不超过4）存储在后续的4个字节块中，所以参数i就相对于%ebp偏移量为4+4i地方。较大的参数（比如结构和较大的数字格式）需要栈上更大的区域。
栈向地地址方向增长，而栈指针%esp指向栈顶元素。入栈指令pushl,出栈指令popl。将栈指针值减少可以分配数据空间，将栈指针增加可以释放空间。
3.7.2 转移控制
call 指令有一个目标，即指明被调用过程起始的指令地址。 clall指令的效果是将返回地址入栈，并跳转到被调用过程的起始处。返回地址是在程序中紧跟在call后面的那条指令的地址，这样当被调用过程返回时，执行会从此处继续。 ret指令从栈中弹出地址，并跳转这个位置。
3.7.3 寄存器使用惯例
寄存器组是唯一能被所有过程共享的资源。虽然在给定时刻只能有一个过程是活动的，但是必须保存当一个过程调用另一个过程时，被调用者不会覆盖调用者稍后会使用的寄存器的值。为此，IA32采用了一组统一的寄存器使用惯例，所有的过程都必须遵守，包括程序库中的过程。
根据惯例，寄存器%eax,%edx,%ecx被划分为调用者保存寄存器，当过程P调用过程Q时，Q可以覆盖这些寄存器，而不会破坏P所需要的数据。另一方面，%ebx，%esi,%edi被划分为被调用者保存寄存器。这意味着，Q必须在使用这些寄存器之前，先把它们保存到栈中，并在返回前恢复它们。 此外，根据这里描述的惯例，必须保存寄存器%ebp和%esp。
3.7.4 过程示例
// 被调函数
int swap_add(int *xp, int *yp){
int x = *xp;
int y = *yp;
*xp = y;
*yp = x;
return x + y;
}
// 调用函数
int callere(){
int arg1 = 534;
int arg2 = 1057;
int sum = swap_add(&arg1, &arg2);
int diff = arg1 - arg2;
return sum * diff;
}
栈帧结构图示：
汇编代码：
caller:
pushl %ebp // 保存旧的%ebp到栈顶
movl %esp, %ebp // 将%ebp作为帧指针(此时%ebp,%esp都指向整个栈的栈顶)
// 以上两步为过程起始通用操作
subl %24, %esp // 分配24字节的栈空间(栈向低地址扩展)
movl $534, -4(%ebp) // 存储数据 数1
movl $1057, -8(%ebp) // 存储数据 数2
leal -8(%ebp), %eax // 将数2的地址放到%eax
movl %eax, 4(%esp) // 将%eax中的值放到栈顶的 4-8 字节空间中 （参数2）
leal -4(%ebp), %eax // 将数1的地址放到%eax
movl %eax, (%esp) // 将%eax的值放到栈顶的 0-4 字节空间中（参数1）
call swap_add // 调用过程
这段代码先保存了%ebp的一个副本，然后将%ebp设置为栈帧的开始位置。然后将栈指针减去24，从而在栈上分配了24字节空间。 将arg1，arg2分别初始化为534和1057，计算&arg2和&arg1的值并存储到栈上，形成swap_add的参数。将这些参数存储到相对于栈指针偏移量为0和+4的地方，留待稍后swap_add访问。然后调用swap_add。分配给你栈帧的24字节中，8个用于局部变量，8个用于向swap_add传递参数，还有8个未使用。
说明：GCC为什么分配从不使用的空间？
gcc坚持一个x86编程指导方针，也就是一个函数使用的所有栈空间必须是16字节的整数倍。包括保存了%ebp的4个字节和返回地址的4个字节，caller一共使用了32个字节。采用这个规则是为了保证访问数据的严格对齐。
实验：如下代码，GCC 64位环境下，调用者先会将两个参数先放到%edi和%esi中，被调过程然后再从这两个寄存器中取出来存入栈中。
// C代码
int sum(int x, int y){
return x + y;
}
int main(){
int x = 10;
int y = 20;
int s = sum(x, y);
return 0;
}
// 64位汇编
_sum: ## @sum
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
movl %edi, -4(%rbp)
movl %esi, -8(%rbp)
movl -4(%rbp), %esi
addl -8(%rbp), %esi ## 求和
movl %esi, %eax ## 返回值放到%eax中
popq %rbp ## 函数结束通用代码
retq ## 相当于popl %eip, 将返回地址放入%eip中，执行
_main: ## @main
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
subq $16, %rsp ##分配16字节栈空间
movl $0, -4(%rbp)
movl $10, -8(%rbp)
movl $20, -12(%rbp)
movl -8(%rbp), %edi
movl -12(%rbp), %esi
callq _sum ## 会先将返回地址放入栈中
xorl %esi, %esi
movl %eax, -16(%rbp) ## 取出返回值
movl %esi, %eax
addq $16, %rsp ## 释放16字节空间
popq %rbp
retq
## -- End function
.subsections_via_symbols
过程分析：
3.7.5 递归过程
上一节描述的栈和链接惯例使得过程可以递归地调用它们自身。因为每个调用在栈中都有它们的私有空间，多个未完成调用的局部变量不会相互影响。此外，栈的原则很自然地提供了适当的策略，当过程被调用时分配局部存储，当返回时释放存储。