状态寄存器、函数返回值、参数、嵌套调用底层原理

二、状态寄存器、函数返回值、参数、嵌套调用底层原理

CPU内部的寄存器中,有一种特殊的寄存器(对于不同的处理器,个数和结构都可能不同).这种寄存器在ARM中,被称为状态寄存器就是CPSR(current program status register)寄存器
CPSR和其他寄存器不一样,其他寄存器是用来存放数据的,都是整个寄存器具有一个含义.而CPSR寄存器是按位起作用的,也就是说,它的每一位都有专门的含义,记录特定的信息.

注:CPSR寄存器是32位的

• CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，程序无法修改,除非CPU运行于特权模式下,程序才能修改控制位!
• N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行!意义重大!

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N（Negative）标志

CPSR的第31位是 N，符号标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为负.如果为负 N = 1,如果是非负数 N = 0.

Z(Zero)标志

CPSR的第30位是Z，0标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为0.如果结果为0.那么Z = 1.如果结果不为0,那么Z = 0.

对于Z的值,我们可以这样来看,Z标记相关指令的计算结果是否为0,如果为0,则Z要记录下是0这样的肯定信息.在计算机中1表示逻辑真,表示肯定.所以当结果为0的时候Z = 1,表示结果是0.如果结果不为0,则Z要记录下不是0这样的否定信息.在计算机中0表示逻辑假,表示否定,所以当结果不为0的时候Z = 0,表示结果不为0。

C(Carry)标志

CPSR的第29位是C，进位标志位。一般情况下,进行无符号数的运算。
加法运算：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。

对于位数为N的无符号数来说，其对应的二进制信息的最高位，即第N - 1位，就是它的最高有效位，而假想存在的第N位，就是相对于最高有效位的更高位。如下图所示：

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进位

我们知道，当两个数据相加的时候，有可能产生从最高有效位想更高位的进位。比如两个32位数据：0xaaaaaaaa + 0xaaaaaaaa,将产生进位。由于这个进位值在32位中无法保存，我们就只是简单的说这个进位值丢失了。其实CPU在运算的时候，并不丢弃这个进位制，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。ARM下就用C位来记录这个进位值。比如，下面的指令

mov w0,#0xaaaaaaaa；0xa 的二进制是 1010
adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 1010 << 1 进位1（无符号溢出） 所以C标记 为 1
adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 0101 << 1 进位0（无符号没溢出） 所以C标记 为 0
adds w0,w0,w0； 重复上面操作
adds w0,w0,w0

借位

当两个数据做减法的时候，有可能向更高位借位。再比如，两个32位数据：0x00000000 - 0x000000ff,将产生借位，借位后，相当于计算0x100000000 - 0x000000ff。得到0xffffff01 这个值。由于借了一位，所以C位 用来标记借位。C = 0.比如下面指令：

mov w0,#0x0
subs w0,w0,#0xff ;
subs w0,w0,#0xff
subs w0,w0,#0xff

V(Overflow)溢出标志

CPSR的第28位是V，溢出标志位。在进行有符号数运算的时候，如果超过了机器所能标识的范围，称为溢出。

• 正数 + 正数 为负数 溢出
• 负数 + 负数 为正数 溢出
• 正数 + 负数 不可能溢出

CPU有x0～x7(w0~w7)寄存器8个参数，那么超过8个参数的函数调用,参数存放在哪里呢？

int test(int a,int b,int c,int d,int e,int f,int g,int h,int i,int j){
    return a + b + c + d + e + f + g + h + i + j;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    test(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
}

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在test函数调用完，test函数释放了，参数1，2，3，4，5，6，7，8就都释放了，而由于9，10存放在ViewController viewDidLoad栈内，所以9，10 还未释放，那什么时候释放呢？在viewDidLoad释放了，释放栈内空间，9，10也跟着一起释放了

函数的返回值存放在哪里呢？

结论：返回值数据宽度不超过8个字节的情况下，放在w0寄存器，然后把w0寄存器的值在当前栈空间保存起来，例如ViewDidLoad调用funcReturn(1)，就在ViewDidLoad的栈空间保存起来，如下图

int funcReturn(int a){
    return a;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    funcReturn(1);
}

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结论：返回值数据宽度超过8个字节的情况下，放在调用函数的栈空间，例如a调用b，就放在a的栈空间，a需要开辟多的栈空间提供返回值存放，如下图

struct str {
    int a;
    int b;
    int c;
    int d;
    int f;
    int g;
};

struct str getStr(int a,int b,int c,int d,int f,int g){
   //24字节的返回值
    struct str str1;
    str1.a = a;
    str1.b = b;
    str1.c = c;
    str1.d = d;
    str1.f = f;
    str1.g = g;
    return str1;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    struct str str2 = getStr(1, 2, 3, 4, 5, 6);
}

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函数的局部变量存放在哪里呢？

结论：当前函数栈空间，如下图：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    funcTemp();
}

void funcTemp(){
    int c = 6;
}

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函数嵌套调用的返回值呢？

结论：返回值宽度不超过8个字节，都存放在x0(w0)寄存器，然后把w0寄存器的值在当前栈空间保存起来，例如funcB调用funcSum(a,b,c)，就在funcB的栈空间保存起来，超过8个字节，就开辟更大的栈空间，通过一个寄存器的地址作为参照，按顺序存放返回值，例如a调用b，b的返回值超过8个字节，返回值存放在a的栈空间

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    funcB(10, 20);
}

int funcB(int a,int b){
    int c = 6;
    int d = funcSum(a, b, c);
    int e = funcSum(a, b, c);
    return a+b;
}

int funcSum(int a,int b,int c){
    int d = a + b + c;
    printf("%d",d);
    return d;
}

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只有4个字节操作用stur、ldur

比较的时候，一定会和NZCV有关

adds会影响标志位