使用局部变量的编译器，无需调整RSP

Question

有问题的编译器：了解小型程序生成的汇编代码，编译器使用两个局部变量，而无需调整堆栈指针。

不为使用局部变量而对 RSP 进行调整似乎 并不安全 ，因此 中断
似乎使编译器依赖于硬件自动切换到系统堆栈。否则，出现的第一个中断会将指令指针压入堆栈，并覆盖局部变量。

该问题的代码是：

#include <stdio.h>

int main()
{
    for(int i=0;i<10;i++){
        int k=0;
    }
}

该编译器生成的汇编代码为：

00000000004004d6 <main>:
  4004d6:       55                      push   rbp
  4004d7:       48 89 e5                mov    rbp,rsp
  4004da:       c7 45 f8 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x0
  4004e1:       eb 0b                   jmp    4004ee <main+0x18>
  4004e3:       c7 45 fc 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
  4004ea:       83 45 f8 01             add    DWORD PTR [rbp-0x8],0x1
  4004ee:       83 7d f8 09             cmp    DWORD PTR [rbp-0x8],0x9
  4004f2:       7e ef                   jle    4004e3 <main+0xd>
  4004f4:       b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
  4004f9:       5d                      pop    rbp
  4004fa:       c3                      ret

局部变量是i在[rbp-0x8]和k在[rbp-0x4]。

任何人都可以在这个中断问题上大放异彩吗？硬件确实切换到系统堆栈吗？怎么样？我理解错了吗？

Answer 1

这就是x86-64 ABI的所谓“红色区域”
。维基百科的摘要：

在计算中，红色区域是函数堆栈帧中超出当前堆栈指针的固定大小区域，该区域未被该函数保留。被调用方函数可以使用红色区域来存储局部变量，
而无需修改堆栈指针 。中断/异常/信号处理程序不能修改此内存区域。System V使用的x86-64
ABI要求一个128字节的红色区域，该区域直接从堆栈指针的当前值开始。

在64位Linux用户代码中，只要使用的字节数不超过128个即可。这是叶函数（即不调用其他函数的函数）最主要使用的优化

如果使用该选项将示例程序编译为带有 GCC （或兼容的编译器）的64位Linux程序，-mno-red-zone则会生成如下所示的代码：

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16;     <<============  Observe RSP is now being adjusted.
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 0
.L3:
        cmp     DWORD PTR [rbp-4], 9
        jg      .L2
        mov     DWORD PTR [rbp-8], 0
        add     DWORD PTR [rbp-4], 1
        jmp     .L3
.L2:
        mov     eax, 0
        leave
        ret

可以在此godbolt.org链接上观察到此代码的生成。

对于32位Linux用户程序，不调整堆栈指针将是一件坏事。如果要将问题中的代码编译为32位代码（使用-m32选项），main则会显示以下代码：

main:
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        sub     esp, 16;     <<============  Observe ESP is being adjusted.
        mov     DWORD PTR [ebp-4], 0
.L3:
        cmp     DWORD PTR [ebp-4], 9
        jg      .L2
        mov     DWORD PTR [ebp-8], 0
        add     DWORD PTR [ebp-4], 1
        jmp     .L3
.L2:
        mov     eax, 0
        leave
        ret

您可以在此gotbolt.org链接中观察到此代码的生成。