Assembly retq过程中的装配分段故障

我有一些汇编代码，可以使用

callq

调用另一个。调用

retq

时，程序因分段错误而崩溃

    .globl  main
main:                   # def main():
    pushq   %rbp        #
    movq    %rsp, %rbp  #

    callq   input       # get input
    movq    %rax, %r8

    callq   r8_digits_to_stack
    # program is not getting here before the segmentation fault
    jmp     exit_0

# put the binary digits of r8 on the stack, last digit first (lowest)
# uses: rcx, rbx
r8_digits_to_stack:
    movq    %r8, %rax       # copy for popping digits off

    loop_digits_to_stack:
        cmpq    $0, %rax    # if our copy is zero, we're done!
        jle     return

        movq    %rax, %rcx  # make another copy to extract digit with
        andq    $1, %rcx    # get last digit
        pushq   %rcx        # push last digit to stack
        sarq    %rax        # knock off last digit for next loop
        jmp     loop_digits_to_stack

# return from wherever we were last called
return:
    retq

# exit with code 0
exit_0:
    movq    $0, %rax    # return 0
    popq    %rbp
    retq

其中，

input

是一个C函数，它将键盘输入返回到

%rax

---

我假设这可能与我正在操纵堆栈这一事实有关，是这样吗

我认为您的返回路径之一不会弹出rbp。只需省略

pushq   %rbp
movq    %rsp, %rbp

pop     %rbp

总共。gcc的默认值是

-fomit帧指针

或者修复您的非返回零路径，以同时弹出rbp

---

事实上，你被搞砸了，因为你的函数似乎被设计成把东西放在堆栈上，而永远不会把它拿走。如果您想发明自己的ABI，其中堆栈指针下方的空间可用于返回数组，这很有趣，但您必须跟踪它们的大小，以便可以将

rsp

调整回

ret

之前的返回地址

我建议不要将返回地址加载到寄存器中，并用

jmp*%rdx

或其他东西替换后面的

ret

。这将使现代CPU中的呼叫/返回地址预测逻辑失效，并导致与分支预测失误相同的暂停。（见附件）。CPU讨厌不匹配的呼叫/重试。我现在找不到一个特定的页面来链接

有关其他有用的资源，请参阅，包括有关函数通常如何使用args的ABI文档

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您可以将返回地址复制到刚刚按下的数组下方，然后运行

ret

，以在修改%rsp后返回。但是，除非您需要从多个调用站点调用长函数，否则最好只将其内联到一个或两个调用站点中

如果它太大，无法在太多的呼叫站点进行内联，那么最好的选择是模拟

call

和

ret

，而不是使用

call

，并将返回地址复制到新位置。打电话的人

    put args in some registers
    lea   .ret_location(%rip), %rbx
    jmp   my_weird_helper_function
.ret_location:  # in NASM/YASM, labels starting with . are local labels, and don't show up in the object file.
         # GNU assembler might only treat symbols starting with .L that way.
    ...


my_weird_helper_function:
    use args, potentially modifying the stack
    jmp *%rbx   # return

你需要一个很好的理由来使用这样的东西。你必须用大量的评论来证明/解释它，因为这不是读者所期望的。首先，您将如何处理这个推到堆栈上的数组？你是想通过减去rsp和rbp或者别的什么来计算它的长度吗

有趣的是，尽管

push

必须修改rsp并进行存储，但在所有最近的cpu上，它每时钟有一个吞吐量。英特尔CPU有一个堆栈引擎，当rsp仅通过push/pop/call/ret进行更改时，堆栈操作不必等待在无序引擎中计算rsp。（将push/pop与

mov 4（%rsp）、%rax

混合使用，或任何导致插入额外UOP以将OOO引擎的rsp与堆栈引擎的偏移量同步的结果。）Intel/AMD CPU每个时钟只能执行一个存储，但Intel SnB和更高版本可以在每个时钟上弹出两次

因此，push/pop实际上并不是实现堆栈数据结构的糟糕方法，特别是在Intel上

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此外，您的代码结构怪异

main（）

被拆分为

r8位\u到\u堆栈

。这很好，但是你从来没有利用从一个块掉到另一个块的机会，所以它只需要在

main

中额外花费

jmp

，没有任何好处，而且可读性也有很大的缺点

让我们假设您的循环是

main

的一部分，因为我已经谈到了在函数返回时修改%rsp是多么奇怪

您的循环也可以更简单。在可能的情况下，用jcc将事情重新组织起来

避免使用上16个寄存器有一个小好处：使用经典寄存器的32位INSN不需要REX前缀字节。假设我们的起始值为%rax

digits_to_stack:
# put each bit of %rax into its own 8 byte element on the stack for maximum space-inefficiency

    movq   %rax, %rdx  # save a copy

    xor    %ecx, %ecx  # setcc is only available for byte operands, so zero %rcx

    # need a test at the top after transforming while() into do{}while
    test   %rax, %rax  # fewer insn bytes to test for zero this way
    jz  .Lend

    # Another option can be to jmp to the test at the end of the loop, to begin the first iteration there.

.align 16
.Lpush_loop:
    shr   $1, %rax   # shift the low bit into CF, set ZF based on the result
    setc  %cl       # set %cl to 0 or 1, based on the carry flag
    # movzbl %cl, %ecx  # zero-extend
    pushq %rcx
      #.Lfirst_iter_entry
      # test %rax, %rax   # not needed, flags still set from shr
    jnz  .Lpush_loop
.Lend:

这个版本仍然有点糟糕，因为在Intel P6/SnB CPU系列上，在写入较小部分后使用更宽的寄存器会导致速度减慢。（SnB前暂停，或SnB及更高版本的额外uop）。其他，包括AMD和Silvermont，不单独跟踪部分寄存器，因此写入%cl依赖于以前的值%rcx。（写入32位reg会将上32位置零，从而避免部分reg依赖性问题。）将

movzx

置零从字节扩展到长字节将完成Sandybridge隐式执行的操作，并在较旧的CPU上提供加速

这不会在英特尔的每次迭代中运行一个周期，但可能在AMD上运行

mov/和$1

不错，但是

和

会影响标志，使得仅基于

shr

设置标志进行循环变得更加困难

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请注意，您的旧版本

sarq%rax

以符号位移位，而不一定是零，因此使用负输入时，您的旧版本将是一个inf循环（当堆栈空间用完时（push将尝试写入未映射的页））。

Oh，我正在尝试使用

return

从调用

r8位\u返回堆栈
和
exit\u 0
退出程序。这不是正确的方法吗？难道不可能让一个函数将内容放在堆栈上，然后让另一个函数稍后使用它吗？对不起，我知识不足，谢谢你的帮助@兰斯顿：好吧，我只是浏览了一下你的代码。是的，使用
ret
退出main（或者如果您正在编写不使用C启动文件的独立asm代码，则执行
exit
系统调用。（
gcc-nostartfiles
，或者只执行
as&&ld
）。但是，请参阅我的答案中关于如何使用堆栈的更新。我认为当您尝试在
r8位到堆栈的末尾
ret
时，堆栈指针没有指向返回地址。所以，不，这样做是不正常的。@Langston:更新了我的答案，进行了更多的代码检查并尝试优化循环。我的版本在英特尔pre-Sandybridge上表现不佳，但保存了多条指令