函数返回结构的调用约定

Question

对于以下C代码：

struct _AStruct {
    int a;
    int b;
    float c;
    float d;
    int e;
};

typedef struct _AStruct AStruct;

AStruct test_callee5();
void test_caller5();

void test_caller5() {
    AStruct g = test_callee5();
    AStruct h = test_callee5();    
}

对于Win32，我得到以下反汇编：

_test_caller5:
  00000000: lea         eax,[esp-14h]
  00000004: sub         esp,14h
  00000007: push        eax
  00000008: call        _test_callee5
  0000000D: lea         ecx,[esp+4]
  00000011: push        ecx
  00000012: call        _test_callee5
  00000017: add         esp,1Ch
  0000001A: ret

对于Linux32：

00000000 <test_caller5>:
   0:  push   %ebp
   1:  mov    %esp,%ebp
   3:  sub    $0x38,%esp
   6:  lea    0xffffffec(%ebp),%eax
   9:  mov    %eax,(%esp)
   c:  call   d <test_caller5+0xd>
  11:  sub    $0x4,%esp  ;;;;;;;;;; Note this extra sub ;;;;;;;;;;;;
  14:  lea    0xffffffd8(%ebp),%eax
  17:  mov    %eax,(%esp)
  1a:  call   1b <test_caller5+0x1b>
  1f:  sub    $0x4,%esp   ;;;;;;;;;; Note this extra sub ;;;;;;;;;;;;
  22:  leave
  23:  ret

我试图了解呼叫后呼叫者的行为方式的差异。为什么Linux32中的调用程序会执行这些额外的操作？

我假设两个目标都将遵循cdecl调用约定。cdecl不会为返回结构的函数定义调用约定吗？

编辑：

我添加了被调用者的实现。可以肯定的是，您可以看到Linux32被调用方会弹出其参数，而Win32被调用方不会：

AStruct test_callee5()
{
    AStruct S={0};
    return S;
}

Win32反汇编：

test_callee5:
  00000000: mov         eax,dword ptr [esp+4]
  00000004: xor         ecx,ecx
  00000006: mov         dword ptr [eax],0
  0000000C: mov         dword ptr [eax+4],ecx
  0000000F: mov         dword ptr [eax+8],ecx
  00000012: mov         dword ptr [eax+0Ch],ecx
  00000015: mov         dword ptr [eax+10h],ecx
  00000018: ret

Linux32反汇编：

00000000 <test_callee5>:
   0:   push   %ebp
   1:   mov    %esp,%ebp
   3:   sub    $0x20,%esp
   6:   mov    0x8(%ebp),%edx
   9:   movl   $0x0,0xffffffec(%ebp)
  10:   movl   $0x0,0xfffffff0(%ebp)
  17:   movl   $0x0,0xfffffff4(%ebp)
  1e:   movl   $0x0,0xfffffff8(%ebp)
  25:   movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)
  2c:   mov    0xffffffec(%ebp),%eax
  2f:   mov    %eax,(%edx)
  31:   mov    0xfffffff0(%ebp),%eax
  34:   mov    %eax,0x4(%edx)
  37:   mov    0xfffffff4(%ebp),%eax
  3a:   mov    %eax,0x8(%edx)
  3d:   mov    0xfffffff8(%ebp),%eax
  40:   mov    %eax,0xc(%edx)
  43:   mov    0xfffffffc(%ebp),%eax
  46:   mov    %eax,0x10(%edx)
  49:   mov    %edx,%eax
  4b:   leave
  4c:   ret    $0x4  ;;;;;;;;;;;;;; Note this ;;;;;;;;;;;;;;

Answer 1

为什么Linux32中的调用程序会执行这些额外的操作？

原因是使用由编译器注入的隐藏指针（称为返回值优化），用于按值返回结构。在SystemV的ABI，第41页的“函数返回结构或联合”部分中，它表示：

被调用的函数必须在返回之前从堆栈中删除该地址。

这就是为什么您ret $0x4在末尾获得a的原因test_callee5()，这是为了遵守ABI。

现在大约sub $0x4, %esp在每个test_callee5()调用站点之后，它是上述规则的副作用，与C编译器生成的优化代码结合在一起。由于本地存储堆栈空间是完全通过以下方式预先保留的：

3:  sub    $0x38,%esp

无需压入/弹出隐藏的指针，只需将其写在预先保留的空间的底部（由指向esp），使用mov %eax,(%esp)第9行和第17行即可。由于堆栈指针没有减少，因此sub $0x4,%esp可以求反的效果ret $0x4，并保持堆栈指针不变。

在Win32（我猜是使用MSVC编译器）上，没有这样的ABI规则，使用了一个简单的规则ret（如cdecl中所预期的那样），隐藏的指针在第7行和第11行被压入堆栈。作为一种优化，但仅在被调用者退出之前，使用调用，以add esp,1Ch释放隐藏的指针堆栈插槽（2 * 0x4字节）和本地AStruct结构（0x14字节）。

cdecl不会为返回结构的函数定义调用约定吗？

不幸的是，事实并非如此，它随C编译器和操作系统的不同而不同。