golang汇编基础知识

1. golang汇编基础知识

1 golang汇编基础知识

1.1 前言

golang的汇编基于plan9汇编,是一个中间汇编方式。这样可以忽略底层不同架构之间的一些差别。汇编主要了解各种寄存器的使用跟寻址方式。根据汇编我们能够一探golang的底层实现。比如内存如何分配，栈如何扩张。接口如何转变。

1.2 寄存器

各种伪计数器:

FP: Frame pointer: arguments and locals.(指向当前栈帧)
PC: Program counter: jumps and branches.(指向指令地址)
SB: Static base pointer: global symbols.(指向全局符号表)
SP: Stack pointer: top of stack.(指向当前栈顶部)

注意: 栈是向下整长 golang的汇编是调用者维护参数返回值跟返回地址。所以FP的值小于参数跟返回值。

1.3 跟例子学汇编

1.4 第一个例子

package main
//go:noinline
func add(a, b int32) (int32, bool) {
  return a + b, true
}
func main() {
  add(10, 32)
}

如上的这段代码会被编译为以下汇编:

"".add STEXT nosplit size=20 args=0x10 locals=0x0
        0x0000 00000 (call.go:4)        TEXT    "".add(SB), NOSPLIT, $0-16
        0x0000 00000 (call.go:4)        FUNCDATA        $0, gclocals·f207267fbf96a0178e8758c6e3e0ce28(SB)
        0x0000 00000 (call.go:4)        FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (call.go:4)        MOVL    "".b+12(SP), AX
        0x0004 00004 (call.go:4)        MOVL    "".a+8(SP), CX
        0x0008 00008 (call.go:5)        ADDL    CX, AX
        0x000a 00010 (call.go:5)        MOVL    AX, "".~r2+16(SP)
        0x000e 00014 (call.go:5)        MOVB    $1, "".~r3+20(SP)
        0x0013 00019 (call.go:5)        RET
        0x0000 8b 44 24 0c 8b 4c 24 08 01 c8 89 44 24 10 c6 44  .D$..L$....D$..D
        0x0010 24 14 01 c3                                      $...

TEXT "".add(SB), NOSPLIT, $0-16 这行代码声明了一个add函数，NOSPLIT告诉编译器不要插入分裂栈检查点。这里可以不用检查栈的大小是因为这里add函数的栈大小为0. $0 表示栈大小为0, $16 表示参数大小为16个字节。 FUNCDATA 跟垃圾回收有关，暂时不用理会 SP 指向当前栈顶部 .a+8(SP) 之前的.a表示助记符，没有特别含义。8(SP)表示地址SP+8 这里是第一参数a, 因为当前栈为0且SP+0存储了函数返回地址。同理12(SP) 表示第二个参数b。16(SP)表示第一个返回值，20(SP)表示第二个返回值。

1.5 第二个例子

package main

//go:noinline
func add(a, b int32) (int32, bool) {
  return a + b, true
}
//go:noinline
func callAdd() int32 {
  a, _ := add(10, 20)
  return a
}
func main() {
  callAdd()
}

"".callAdd STEXT size=73 args=0x8 locals=0x18
0x0000 00000 (call.go:9)        TEXT    "".callAdd(SB), $24-8
; 这三行代码检查是否需要扩展栈, 需要的话，跳到0x0042
0x0000 00000 (call.go:9)        MOVQ    (TLS), CX
0x0009 00009 (call.go:9)        CMPQ    SP, 16(CX)
0x000d 00013 (call.go:9)        JLS     66

0x000f 00015 (call.go:9)        SUBQ    $24, SP
0x0013 00019 (call.go:9)        MOVQ    BP, 16(SP)
0x0018 00024 (call.go:9)        LEAQ    16(SP), BP
0x001d 00029 (call.go:9)        FUNCDATA        $0, gclocals·2a5305abe05176240e61b8620e19a815(SB)
0x001d 00029 (call.go:9)        FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
0x001d 00029 (call.go:10)       MOVQ    $85899345930, AX
0x0027 00039 (call.go:10)       MOVQ    AX, (SP)
0x002b 00043 (call.go:10)       PCDATA  $0, $0
0x002b 00043 (call.go:10)       CALL    "".add(SB)
0x0030 00048 (call.go:10)       MOVL    8(SP), AX
0x0034 00052 (call.go:11)       MOVL    AX, "".~r0+32(SP)
0x0038 00056 (call.go:11)       MOVQ    16(SP), BP
0x003d 00061 (call.go:11)       ADDQ    $24, SP
0x0041 00065 (call.go:11)       RET
; 扩展栈, 扩展完了后跳到最开始
0x0042 00066 (call.go:11)       NOP
0x0042 00066 (call.go:9)        PCDATA  $0, $-1
0x0042 00066 (call.go:9)        CALL    runtime.morestack_noctxt(SB)
0x0047 00071 (call.go:9)        JMP     0

现在我们添加一层函数调用，看看生成后的样子, 主要关注callAdd函数。在这个例子中我们看到这里的栈大小是24byte(2个参数2个返回值(bool 对齐到4字节, 4 * 4 = 16 byte)，再加上一个8byte的bp)，参数是8byte(对齐到8byte)。我们从0x000f说起，前面那段代码主要用于分裂栈检查。 0x000f 把栈减了24个字节。增大了栈空间。(向下增长) 0x0013-0x0018保存老的bp设置新的bp。这里的bp是真实的寄存器，这几行代码属于惯用法。在汇编中可以用bp来引用参数跟本地变量。 0x001d 是10跟20合起来的(八字节)二进制表示。本来需要两次move，现在只需要一次move，也算个小优化了吧。接下来就是调用add方法，移动返回值。虽然我们没有使用add的第二个返回值，但是我们也要为他分配内存。 0x0038恢复BP寄存器，0x003d缩减栈空间. RET指令加载返回地址，跳到返回地址。