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為何C語言（的函式呼叫）需要堆疊，而組合語言卻不需要堆疊

之前看了很多關於uboot的分析，其中就有說要為C語言的執行，準備好堆疊。

而自己在Uboot的start.S彙編程式碼中，關於系統初始化，也看到有堆疊指標初始化這個動作。但是，從來只是看到有人說系統初始化要初始化堆疊，即正確給堆疊指標sp賦值，但是卻從來沒有看到有人解釋，為何要初始化堆疊。所以，接下來的內容，就是經過一定的探究，試圖來解釋一下，為何要初始化堆疊，即：

為何C語言的函式呼叫要用到堆疊，而彙編卻不需要初始化堆疊。

要明白這個問題，首先要了解堆疊的作用。

關於堆疊的作用，要詳細講解的話，要很長的篇幅，所以此處只是做簡略介紹。

總的來說，堆疊的作用就是：儲存現場/上下文，傳遞引數。

1.儲存現場/上下文
現場，意思就相當於案發現場，總有一些現場的情況，要記錄下來的，否則被別人破壞掉之後，你就無法恢復現場了。而此處說的現場，就是指CPU執行的時候，用到了一些暫存器，比如r0,r1等等，對於這些暫存器的值，如果你不儲存而直接跳轉到子函式中去執行，那麼很可能就被其破壞了，因為其函式執行也要用到這些暫存器。

因此，在函式呼叫之前，應該將這些暫存器等現場，暫時保持起來，等呼叫函式執行完畢返回後，再恢復現場。這樣CPU就可以正確的繼續執行了。

在計算機中，你常可以看到上下文這個詞，對應的英文是context。那麼：

1.1.什麼叫做上下文context
儲存現場，也叫儲存上下文。

上下文，英文叫做context，就是上面的文章，和下面的文章，即與你此刻，當前CPU執行有關係的內容，即那些你用到暫存器。所以，和上面的現場，是一個意思。

儲存暫存器的值，一般用的是push指令，將對應的某些暫存器的值，一個個放到堆疊中，把對應的值壓入到堆疊裡面，即所謂的壓棧。

然後待被呼叫的子函式執行完畢的時候，再呼叫pop，把堆疊中的一個個的值，賦值給對應的那些你剛開始壓棧時用到的暫存器，把對應的值從堆疊中彈出去，即所謂的出棧。

其中儲存的暫存器中，也包括lr的值（因為用bl指令進行跳轉的話，那麼之前的pc的值是存在lr中的），然後在子程式執行完畢的時候，再把堆疊中的lr的值pop出來，賦值給pc，這樣就實現了子函式的正確的返回。

2.傳遞引數
C語言進行函式呼叫的時候，常常會傳遞給被呼叫的函式一些引數，對於這些C語言級別的引數，被編譯器翻譯成組合語言的時候，就要找個地方存放一下，並且讓被呼叫的函式能夠訪問，否則就沒發實現傳遞引數了。對於找個地方放一下，分兩種情況。

一種情況是，本身傳遞的引數就很少，就可以通過暫存器傳送引數。

因為在前面的儲存現場的動作中，已經儲存好了對應的暫存器的值，那麼此時，這些暫存器就是空閒的，可以供我們使用的了，那就可以放參數，而引數少的情況下，就足夠存放參數了，比如引數有2個，那麼就用r0和r1存放即可。（關於引數1和引數2，具體哪個放在r0，哪個放在r1，就是和APCS中的“在函式呼叫之間傳遞/返回引數”相關了，APCS中會有詳細的約定。感興趣的自己去研究。）

但是如果引數太多，暫存器不夠用，那麼就得把多餘的引數堆疊中了。

即，可以用堆疊來傳遞所有的或暫存器放不下的那些多餘的引數。

3.舉例分析C語言函式呼叫是如何使用堆疊的
對於上面的解釋的堆疊的作用顯得有些抽象，此處再用例子來簡單說明一下，就容易明白了：

用:

arm-inux-objdump –d u-boot > dump_u-boot.txt
複製程式碼
可以得到dump_u-boot.txt檔案。該檔案就是中，包含了u-boot中的程式的可執行的彙編程式碼，

其中我們可以看到C語言的函式的原始碼，到底對應著那些彙編程式碼。

下面貼出兩個函式的彙編程式碼，

一個是clock_init，

另一個是與clock_init在同一C原始檔中的，另外一個函式CopyCode2Ram：

33d0091c :
33d0091c: e92d4070 push {r4, r5, r6, lr}
33d00920: e1a06000 mov r6, r0
33d00924: e1a05001 mov r5, r1
33d00928: e1a04002 mov r4, r2
33d0092c: ebffffef bl 33d008f0
… …
33d00984: ebffff14 bl 33d005dc <nand_read_ll>
… …
33d009a8: e3a00000 mov r0, #0 ; 0x0
33d009ac: e8bd8070 pop {r4, r5, r6, pc}

33d009b0 <clock_init>:
33d009b0: e3a02313 mov r2, #1275068416 ; 0x4c000000
33d009b4: e3a03005 mov r3, #5 ; 0x5
33d009b8: e5823014 str r3, [r2, #20]
… …
33d009f8: e1a0f00e mov pc, lr
複製程式碼

（1）clock_init部分的程式碼

可以看到該函式第一行：

33d009b0: e3a02313 mov r2, #1275068416 ; 0x4c000000
複製程式碼
就沒有我們所期望的push指令，沒有去將一些暫存器的值放到堆疊中。這是因為，我們clock_init這部分的內容，所用到的r2,r3等等暫存器，和前面呼叫clock_init之前所用到的暫存器r0，沒有衝突，所以此處可以不用push去儲存這類暫存器的值，不過有個暫存器要注意，那就是r14，即lr，其是在前面呼叫clock_init的時候，用的是bl指令，所以會自動把跳轉時候的pc的值賦值給lr，所以也不需要push指令去將PC的值儲存到堆疊中。

而clock_init的程式碼的最後一行:

33d009f8: e1a0f00e mov pc, lr
複製程式碼
就是我們常見的mov pc, lr，把lr的值，即之前儲存的函式呼叫時候的PC值，賦值給現在的PC，

這樣就實現了函式的正確的返回，即返回到了函式呼叫時候下一個指令的位置。

這樣CPU就可以繼續執行原先函式內剩下那部分的程式碼了。

（2）CopyCode2Ram部分的程式碼

其第一行：

33d0091c: e92d4070 push {r4, r5, r6, lr}
複製程式碼
就是我們所期望的，用push指令，儲存了r4,r5,r以及lr。

用push去儲存r4,r5,r6，那是因為所謂的儲存現場，以後後續函式返回時候再恢復現場，

而用push去儲存lr，那是因為此函式裡面，還有其他函式呼叫：

33d0092c: ebffffef bl 33d008f0
… …
33d00984: ebffff14 bl 33d005dc <nand_read_ll>
… …
複製程式碼
也用到了bl指令，會改變我們最開始進入clock_init時候的lr的值，所以我們要用push也暫時儲存起來。

而對應地，CopyCode2Ram的最後一行：

33d009ac: e8bd8070 pop {r4, r5, r6, pc}
複製程式碼
就是把之前push的值，給pop出來，還給對應的暫存器，其中最後一個是將開始push的lr的值，pop出來給賦給PC，因為實現了函式的返回。

另外，我們注意到，在CopyCode2Ram的倒數第二行是：

33d009a8: e3a00000 mov r0, #0 ; 0x0
複製程式碼
是把0賦值給r0暫存器，這個就是我們所謂返回值的傳遞，是通過r0暫存器的。

此處的返回值是0，也對應著C語言的原始碼中的“return 0”.

對於使用哪個暫存器來傳遞返回值：

當然你也可以用其他暫時空閒沒有用到的暫存器來傳遞返回值，但是這些處理方式，本身是根據ARM的APCS的暫存器的使用的約定而設計的，你最好不要隨便改變使用方式，最好還是按照其約定的來處理，這樣程式更加符合規範。