关于CPU的补充
寄存器
CPU除了有控制器、运算器还有寄存器。其中寄存器的作用就是进行数据的临时存储。
CPU的运算速度是非常快的，为了性能CPU在内部开辟一小块临时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块临时存储区域中，运算时就在这一小快临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。
对于arm64系的CPU来说， 如果寄存器以x开头则表明的是一个64位的寄存器，如果以w开头则表明是一个32位的寄存器，在系统中没有提供16位和8位的寄存器供访问和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是独立存在的。
高速缓存
iPhoneX上搭载的ARM处理器A11它的1级缓存的容量是64KB，2级缓存的容量8M.
CPU每执行一条指令前都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存读写要快很多,为了性能,CPU还集成了一个高速缓存存储区域.当程序在运行时，先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去(由操作系统完成).CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行.
寄存器的补充
数据地址寄存器
数据地址寄存器通常用来做数据计算的临时存储、做累加、计数、地址保存等功能。定义这些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作数，在CPU中当做一些常规变量来使用。
ARM64中
- 64位: X0-X30, XZR(零寄存器)
- 32位: W0-W30, WZR(零寄存器)
注意:
之前讲解8086汇编中有一种特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四个寄存器来保存这些段的基地址,这个属于Intel架构CPU中.在ARM中并没有
浮点和向量寄存器
因为浮点数的存储以及其运算的特殊性,CPU中专门提供浮点数寄存器来处理浮点数
- 浮点寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31
现在的CPU支持向量运算.(向量运算在图形处理相关的领域用得非常的多)为了支持向量计算系统了也提供了众多的向量寄存器.
- 向量寄存器 128位:V0-V31
栈
- 栈：是一种具有特殊的访问方式的存储空间（后进先出， Last In Out Firt，LIFO） [图片上传失败...(image-bc2390-1619709949042)]
SP和FP寄存器
-
sp寄存器在任意时刻会保存我们栈顶的地址.
-
fp寄存器也称为x29寄存器属于通用寄存器,但是在某些时刻我们利用它保存栈底的地址!
注意:ARM64开始,取消32位的 LDM,STM,PUSH,POP指令! 取而代之的是ldr\ldp str\stp
ARM64里面 对栈的操作是16字节对齐的!!，这也是对象在alloc时开辟的内存空间要16字节对齐的原因
函数调用栈
常见的函数调用开辟和恢复的栈空间
sub sp, sp, #0x40 ; 拉伸0x40（64字节）空间
stp x29, x30, [sp, #0x30] ;x29\x30 寄存器入栈保护
add x29, sp, #0x30 ; x29指向栈帧的底部
...
ldp x29, x30, [sp, #0x30] ;恢复x29/x30 寄存器的值
add sp, sp, #0x40 ; 栈平衡
ret
关于内存读写指令
注意:读/写 数据是都是往高地址读/写
str(store register)指令
将数据从寄存器中读出来,存到内存中.
ldr(load register)指令
将数据从内存中读出来,存到寄存器中
此ldr 和 str 的变种ldp 和 stp 还可以操作2个寄存器.
堆栈操作练习
使用32个字节空间作为这段程序的栈空间,然后利用栈将x0和x1的值进行交换.
sub sp, sp, #0x20 ;拉伸栈空间32个字节
stp x0, x1, [sp, #0x10] ;sp往上加16个字节,存放x0 和 x1
ldp x1, x0, [sp, #0x10] ;将sp偏移16个字节的值取出来,放入x1 和 x0
bl和ret指令
bl标号
- 将下一条指令的地址放入lr(x30)寄存器
-
转到标号处执行指令
image.png
ret
- 默认使用lr(x30)寄存器的值,通过底层指令提示CPU此处作为下条指令地址!
ARM64平台的特色指令,它面向硬件做了优化处理的
x30寄存器
x30寄存器存放的是函数的返回地址.当ret指令执行时刻,会寻找x30寄存器保存的地址值!，也就是说下一条指令的地址
注意:在函数嵌套调用的时候.需要将x30入栈!也就是现场保护
函数的参数和返回值
ARM64下,函数的参数是存放在X0到X7(W0到W7)这8个寄存器里面的.如果超过8个参数,就会入栈.
函数的返回值是放在X0 寄存器里面的.
函数的局部变量
函数的局部变量放在栈里面!
.text
.global _A,_B
_A:
mov x0,#0x10
mov x1,#0x00
add x1, x0, #0x12
mov x0,x1
bl _B
mov x0,#0x0
ret
_B:
sub sp,sp, #0x20 //在原有的sp-0x20箱低地址拉伸,赋值给sp
stp x0,x1,[sp, #0x10]//[]表示寻址 sp + 10 x0x1存入内存
ldp x1,x0,[sp, #0x10]//反着取交换了
add sp,sp, #0x20//平衡栈
ret
_C:
//sub sp,sp,#0x10
//str x30,[sp]
str x30,[sp,#-0x10]!
//就相当于先将sp-0x10，然后将x30赋值到sp里面去，再讲sp的值给sp ! 相当于-=
mov x0, #0xa
bl _D
mov x0, #0xb
// ldr x30,[sp]//将sp给30
// add sp,sp,#0x10
ldr x30,[sp],#0x10 //将sp的值读出来给x30,再将sp+0x10赋值给sp
ret
_D:
sub sp,sp,#0x10
mov x0, #0xa
add sp,sp,#0x10
ret
上面的C和D我模拟了通过栈保存了lr寄存器,bl跳转执行ret之后，将当前栈中存储的lr赋值给lr，当前函数ret就会使用新的lr 找到回家的路也就是didload里bl的下一条指令。我画图分析一下
image.png
此外我们跟汇编走流程也能验证这个过程
上面的代码没有考虑参数，那么如果有参数又该如何实现呢，我们看看系统如何做的
image.png
image.png
这两个参数是局部变量，保存在了w0和w1寄存器中，w 32位的寄存器，后32位，因为int 是 4 字节，也就是32位，然后看看内部实现
image.png
首先拉伸栈空间，这个栈空间的大小其实编译器已经算好了
将w0和w1的值存入到sp + 0xc 和 sp + 0x8 内存中
然后再读出来 w8 和w9，然后w8+w9值存到w0中
我们看到返回值存到了w0中，那么我们自己来实现一下
_sum:
add w0,w0,w1
ret
既然返回值存在w0中，我就可以直接这么写
image.png
x0到x7存的参数，如果大于8个参数，那么是如何存储的呢?示例代码：
int funcSum(int a, int b ,int c, int d, int e, int f, int g, int h, int i) {
return a+b+c+d+e+f+g+h+i;
}
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
funcSum(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
}
看一下汇编
image.png
可以看到前八个参数的值给了w0-w7寄存器，x8存储了sp，而w10为0x9也就是第九个参数，然后存到x8的栈内存中。
我们在step into 到funcSum中
image.png
通过上面的标注可以看到，返回结果存到了w0中，那么有个疑问，w8为什么取得是上个栈空间的数据呢，上一个占空间的数据会是第九个参数吗？
我们在看
image.png
我们可以看到，第九个参数其实存储到了sp的第一个位置，所以上面的问题就迎刃而解了，第九个参数保存在上一个函数的栈空间中。
那如果返回值大于八个字节呢？
image.png
image.png
通过上面的流程，得出结论：
当返回值大于8个字节，返回值也用栈空间来做
局部变量也在栈空间里面
我们分一下下面代码
int funcB(int a,int b){
int c = 6;
int d = funcSum(a, b, c);
int e = funcSum(a, b, c);
return c+d+e;
}
int funcSum(int a,int b,int c){
int d = a + b + c;
printf("%d",d);
return d;
}
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
funcB(1, 2);
}
image.png
结构：
image.png
总结：
- 函数
函数调用栈
arm64中栈是递减栈，向低地址拉伸
sp 指向栈顶
x29指向栈底，如果有嵌套调用，内部的局部变量需要借助x29来获取 - 参数与返回值
x0-x7存参数,超过8个参数，入栈，存入当前栈空间
返回值存到x0,超过8个字节，存在前一个函数的栈空间 - 拉伸栈空间
x29 x30 入栈
x29指向栈底
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