函数调用是一个最简单不过的概念了，然而每次发生函数调用，CPU 和操作系统内核都做了大量的工作。这篇文章只分析到 compute() 函数执行。
参考
caller 和 callee
首先说明一个概念，下面的代码片段中，我们说 main 函数是主调函数（caller），compute 函数则是被调函数（callee）。
int main(void)
{
compute(2, 4);
return 0;
}
准备
// compute.c
// 加法操作
int add(int c, int d)
{
int e = c + d;
return e;
}
// 运算
int compute(int a, int b)
{
int e = add(a, b);
return e;
}
// 主函数
int main(void)
{
compute(2, 4);
return 0;
}
将以上这个 C 程序编译得到可执行文件，当这个可执行文件运行时，在操作系统中对应一个进程，这个进程在用户态对应一个调用栈结构(call stack)。程序中每一个未完成运行的函数对应一个栈帧(stack frame)，栈帧可以理解成一个函数在栈上对应的一段连续空间。栈帧中保存函数局部变量、传递给被调函数的参数等信息。 当前帧的范围是由两个寄存器来界定的。这两个寄存器分别位 BP(Base Pointer) 寄存器和 SP(Stack Pointer) 寄存器。BP 寄存器也叫基址寄存器。SP 寄存器也叫栈顶寄存器。另外栈底对应高地址，栈顶对应低地址，栈由内存高地址向低地址生长。上面所说的是一些概念，先知道这些概念，然后大概清楚程序执行过程中，随着函数调用的发生，该进程对应的栈结构大致如下。
寄存器
寄存器位于CPU内部，用于存放程序执行中用到的数据和指令，CPU从寄存器中取数据，相比从内存中取快得多。寄存器又分通用寄存器和特殊寄存器。
通用寄存器有 ax/bx/cx/dx/di/si，尽管这些寄存器在大多数指令中可以任意选用，但也有一些特殊的规定，比如某些指令只能用某个特定的通用寄存器，例如函数返回时，需将返回值 mov 到 ax 寄存器中，特殊寄存器有 bp/sp/ip 等，特殊寄存器均有特定用途，对于有特定用途的几个寄存器，简要介绍如下：
ax(accumulator): 可用于存放函数返回值
bp(base pointer): 用于存放执行中的函数对应的栈帧的栈底地址
sp(stack poinger): 用于存放执行中的函数对应的栈帧的栈顶地址
ip(instruction pointer): 指向当前执行指令的下一条指令
另外不同架构的 CPU，寄存器名称被添以不同前缀以指示寄存器的大小。例如对于 x86 架构，字母 “e” 用作名称前缀，指示各寄存器大小为 32 位，对于 x86_64 寄存器，字母 “r” 用作名称前缀，指示各寄存器大小为 64 位。
编译
首先我们编译上面的程序，如果想用 gdb 调试工具进行调试，这里必须加上 -g 参数，加上 -g 参数后，目标文件中才能包含调试要用到的信息。
gcc -g compute.c -o compute
反汇编分析
输入以下命令，进入调试环境。
gdb compute
进入调试环境以后，输入start命令开始调试。start 命令用于拉起被调试程序，并执行至 main 函数的开始位置，程序被执行之后与一个用户态的调用栈关联。
start
主要的输出信息如下：
Temporary breakpoint 1, main () at compute.c:26
26 compute(2, 4);
现在我们的程序跑在main函数中，并在第 26 行处，也就是 compute(2, 4) 这个位置停住了（该行的代码还没执行）。我们disassemble命令显示当前函数的汇编信息。我们用到了-r参数和-m参数。-r参数是指定显示的计算机指令用16进制表示。/m参数指定显示汇编指令的同时，显示相应的源代码。
disassemble /rm
显示的主要结果如下，其中 # 后面的内容为人为添加注释。
Dump of assembler code for function main:
25 { # 源文件行号，该行代码
0x000000000040055b <+0>: 55 push %rbp
0x000000000040055c <+1>: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
26 compute(2, 4);
# 注意下面这个箭头，表明程序现在停在这个地方，该行代码还没有执行。
=> 0x000000000040055f <+4>: be 04 00 00 00 mov $0x4,%esi
0x0000000000400564 <+9>: bf 02 00 00 00 mov $0x2,%edi
0x0000000000400569 <+14>: e8 b2 ff ff ff callq 0x400520 <compute>
27 return 0;
0x000000000040056e <+19>: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
28 }
0x0000000000400573 <+24>: 5d pop %rbp
0x0000000000400574 <+25>: c3 retq
End of assembler dump.
对于上面的输出，介绍一下0x000000000040055b <+0>: 55 push %rbp各个字段的含义。
- 0x000000000040055b: 该指令对应的虚拟内存地址
<+0>: 该指令的虚拟内存地址偏移量
55: 该指令对应的计算机指令
push %rbp: 汇编指令
其实 main 函数并不是程序并不是程序拉起后的第一个执行的函数，main 函数也是一个被调函数。它被 _start 函数调用，这里不深究。只需要知道 main 函数是也被一个叫 _start 的函数调用的即可。这里也先不分析下面两行。
push %rbp
mov %rsp,%rbp
_start 函数执行时，栈上情况大致如下图所示，我们用绿色表示正在执行的函数的栈帧：
当 _start 函数调用了这里的 main 函数后，根据上面给出的输出结果中
=>的位置来看，这时的 main 函数刚刚开始执行，栈上的情况大致如下图所示：
执行以下命令，执行 3 行汇编代码。
si 3
由于执行完 start 命令后，程序停在 0x000000000040055c 位置，所以这里执行以下三行代码
mov $0x4,%esi
mov $0x2,%edi
callq 0x400520 <compute>
一个函数调用另一个函数，需先将参数准备好。main 函数调用 compute 函数，所以前两行代码就是将两个参数传入通用寄存器中，对于参数传递的方式，x86和x86_64定义了不同的函数调用规约(calling convention)。相比x86_64将参数传入通用寄存器的方式，x86则是将参数压入调用栈中。这又是另一个专题了，不做讨论，接下来就要执行 call 指令了。
callq 0x400520 <compute>
这是一条 call 指令，call 指令要完成两个任务。
- 将主调函数 main 中的下一条指令（callq 的下一条指令）所在的虚拟内存地址压入栈中（这里为 0x000000000040056e ）压入栈中，被调函数（compute）返回后将取这个地址的指令继续执行。时时刻刻要注意，每次入栈操作，rsp 寄存器的值都是会更新的。
- call 指令会更新 rip 寄存器的值，使其值为被调函数（compute）所在的起始地址，这里为 0x400520。
当 call 指令执行完成后，这个时候，程序就执行到 compute 函数里了。我们仍旧使用以下命令查看当前函数的汇编信息。
disassemble /rm
显示的结果如下：
Dump of assembler code for function compute:
18 {
=> 0x0000000000400520 <+0>: 55 push %rbp
0x0000000000400521 <+1>: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
0x0000000000400524 <+4>: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
0x0000000000400528 <+8>: 89 7d ec mov %edi,-0x14(%rbp)
0x000000000040052b <+11>: 89 75 e8 mov %esi,-0x18(%rbp)
19 int e = add(a, b);
0x000000000040052e <+14>: 8b 55 e8 mov -0x18(%rbp),%edx
0x0000000000400531 <+17>: 8b 45 ec mov -0x14(%rbp),%eax
0x0000000000400534 <+20>: 89 d6 mov %edx,%esi
0x0000000000400536 <+22>: 89 c7 mov %eax,%edi
0x0000000000400538 <+24>: e8 b0 ff ff ff callq 0x4004ed <add>
0x000000000040053d <+29>: 89 45 f8 mov %eax,-0x8(%rbp)
20 int f = mul(a, b);
0x0000000000400540 <+32>: 8b 55 e8 mov -0x18(%rbp),%edx
0x0000000000400543 <+35>: 8b 45 ec mov -0x14(%rbp),%eax
0x0000000000400546 <+38>: 89 d6 mov %edx,%esi
0x0000000000400548 <+40>: 89 c7 mov %eax,%edi
0x000000000040054a <+42>: e8 b8 ff ff ff callq 0x400507 <mul>
0x000000000040054f <+47>: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp)
21 return e * f;
0x0000000000400552 <+50>: 8b 45 f8 mov -0x8(%rbp),%eax
0x0000000000400555 <+53>: 0f af 45 fc imul -0x4(%rbp),%eax
22 }
0x0000000000400559 <+57>: c9 leaveq
0x000000000040055a <+58>: c3 retq
End of assembler dump.
执行以下命令，将 rbp 寄存器中的地址入栈，然后将 rsp 中的地址 赋值给 rbp 寄存器（也就是让 rbp 指向当前 rsp）。
si 2
此时栈上的情况如下图所示：
接下来要执行的语句就是下面这条语句。这条语句的含义是栈帧扩展。我们上文提到过，栈从高地址向第地址生长，所以减操作是栈的扩展操作。这里就是为被调用的函数的栈帧预先开辟空间，空间大小为24个字节。到这里就分析完成了，接下来就是 compute() 函数的执行过程了。个人能力有限，有些地方展开说不清楚，大家可以自行更深入的研究一下。
sub $0x18,%rsp
这里补充一个概念，计算机是按字节编址，按字节编址的含义就是说每个地址对应一个字节。64 位操作系统，每个地址由 8 个字节表示。
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