AArch64和X86下的函数调用
最近在研究llvm-bolt的indirect-call-promotion优化，借着这个机会一并总结下函数调用的概念以及底层的一些相关实现，鉴于知识局限性，部分细节描述可能不到位，欢迎纠正。
函数调用在 CPU层面的实现，并不像高级语言的实现中看起来那么简单，即使是汇编指令也是隐藏了大量细节的一层封装。
不同架构下的通用寄存器
AArch64架构下的通用寄存器
- AArch64架构下有31个64bit通用寄存器，还有几个特殊寄存器。
X0 ~ X30: 通用寄存器
XZR: 零寄存器
SP：栈指针注：SP和XZR共享同一个寄存器编码（X31的编码），但不是同一个物理寄存器；SP对应真实物理寄存器，但是XZR是一种0的硬编码，不对应物理寄存器
- 各寄存器一般作用
| 寄存器 | 别名/特殊用途 | 典型作用 | 调用约定 |
|---|---|---|---|
| X0–X7 | 函数参数寄存器 | 用于传递前 8 个函数参数；返回值也放在 X0（必要时 X1） | caller-saved |
| X8 | Indirect result location register | 用于返回结构体地址（ABI 规定） | caller-saved |
| X9–X15 | 临时寄存器（caller-saved） | 调用者保存，函数内部可随意使用 | caller-saved |
| X16–X17 | IP0/IP1（内部用途寄存器） | 链接器、PLT、跳转表等使用；也可作 scratch | caller-saved |
| X18 | 平台寄存器（Platform register） | 某些 OS 保留（如 Windows），Linux 通常可用 | N/A |
| X19–X28 | 被调用者保存（callee-saved） | 函数必须在使用前保存并在返回前恢复 | callee-saved |
| X29 | FP（Frame Pointer） | 帧指针，指向当前栈帧 | N/A |
| X30 | LR（Link Register） | 返回地址寄存器 | N/A |
| X31 | SP 或 XZR | 编码上是同一个，但语义不同：作为 SP 时是栈指针；作为 XZR 时是零寄存器 | N/A |
X86架构下的通用寄存器
TODO
不同架构下的函数调用实现
AArch64架构下的实现
参数传递
函数调用传递参数时一般优先通过寄存器传递。
在AArch64架构下，X0~X7共计8个寄存器用于传递函数参数，如果函数参数超过8个，则需要调用者将后续参数按照16字节对齐放到栈上。
返回值传递
- 整型、指针：使用X0寄存器
- 较大返回值，如128位值：X0、X1
- 大型结构体：调用者需要先分配一个内存空间，把地址放到X8，被调用者向该地址写入返回值。
函数调用现场
调用时
- 调用者：如果调用者要在函数调用后继续使用caller-saved寄存器（X0~X17）的值，则需要显式保存需要使用的寄存器。
- 被调函数：开辟一块栈空间
- 被调函数：保存FP和LR寄存器
- 被调函数：更新FP为当前SP
- 被调函数：保存需要使用到的callee-saved寄存器（X19~X28）
返回时
- 被调函数：返回值放到X0（超长返回值还需要X1），或者X8所指向的内存空间
- 从栈空间恢复调用开始时保存的callee-saved寄存器。
- 从栈空间恢复FP、LR寄存器
注：
- 如果函数是叶子函数，则不需要保存X30寄存器，因为叶子函数内不会存在BL/BLR指令，X30寄存器不会被修改。
- 如果不使用FP指针，那么也不需要保存X29寄存器。（编译器参数-fomit-frame-pointer可以强制不使用FP指针）
典型栈帧
高地址
+---------------------+
| FP和LR寄存器 |
+---------------------+
| 被调函数保存的寄存器 |
+---------------------+
| 局部变量 align16 |
+---------------------+
低地址（SP）
函数调用指令
AArch64架构下真正用于函数调用的指令有两条：BL和BLR，另外，对于尾调用优化场景，还可以使用B和BR指令。
BL和BLR指令是带返回的，会自动将下一条指令地址保存到LR寄存器中；ret指令根据LR寄存器存放的地址决定返回到哪里继续执行程序。如果是B或者BL指令，则不会有存储下一条指令地址的行为。
X86架构下的实现
TODO
参考
https://zhuanlan.zhihu.com/p/394009663
https://zhuanlan.zhihu.com/p/394106095
https://my.oschina.net/emacs_8494641/blog/16516699
https://false-mask.github.io/计算机基础/assembly/arm-aapcs.html