x86-64 系统 V abi - 参数传递的参数分类

Question

在第3.2.3节中，x86_64 System V ABI指定函数调用的哪些参数放入哪些寄存器中以及哪些被推入栈中。我对聚合体分类算法感到困惑，它说（高亮部分为我添加）：

聚合类型（结构体和数组）和联合类型的分类方式如下：

1. 如果一个对象的大小大于8个8字节或者它包含不对齐的字段，则它的分类为MEMORY。 2. 如果一个C++对象在调用的目的上是非平凡的，正如C++ ABI规范中所指定的那样，则通过不可见引用传递（该对象在参数列表中被一个具有INTEGER类的指针替换）。 3. 如果聚合量的大小超过单个8字节，则每个聚合量按独立方式进行分类。每个8字节都被初始化为NO_CLASS类。 4. 对象的每个字段递归地进行分类，以便始终考虑两个字段。根据八字节中字段的类别计算出相应的类别：(a) 如果两个类别相等，则这是结果类别，(b) 如果一个类别是NO_CLASS，则结果类别是另一个类别;(c) 如果一个类别是MEMORY，则结果是MEMORY类。(d) 如果一个类别是INTEGER，则结果是INTEGER类。(e) 如果一个类别是X87、X87UP、COMPLEX_X87类，则使用MEMORY作为类。(f) 否则使用SSE类别。 5. 然后进行后期合并清理：(a) 如果其中一个类别是MEMORY，则整个参数都通过内存传递。(b) 如果X87UP没有前置X87，则整个参数都通过内存传递。(c) 如果聚合量的大小超过2个8字节，并且第一个8字节不是SSE，或者任何其他8字节不是SSEUP，则整个参数都通过内存传递。(d) 如果SSEUP没有前置SSE或SSEUP，则它将转换为SSE。

我不理解点（3），（4）和（5）。具体来说，我有以下问题：

Q1.在第（3）点中，“每个分别分类”是指“每个八字节”吗？如果是这样，那么我希望接下来的内容是关于八字节分类的解释。

Q2.在第（4）点中，“对象的每个字段”是指“第（3）点中分离出的每个八字节的每个字段”吗？

Q3.在第（4）点中，“总是考虑两个字段”，它们是指连续的两个字段吗？

Q4.在第（4）点中，“结果类”是指对象的类、八字节的类、第二个被考虑字段的类还是其他什么类？在最后一种情况下，结果类在哪里使用？这是否意味着算法保留第一个字段，并迭代计算下一个字段的类，直到我们得到八字节中所有字段的类？还是它意味着算法一次处理两个字段？

Q5.在第（4）点中，如果只有一个字段，或者有偶数个字段，会怎样？

问题6. 在第5点中，“字段的一个类别”还是“八字节的一个类别”？

如果有人能提供更正式/精确的内容 - 例如，伪代码或流程图 - 那将是理想的。

- Jan Tušil

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第四点提到了“八字节中的字段”。根据第一点，个别字段的分类仅适用于具有对齐字段的聚合体。正常对齐方式为4字节，因此一个八字节最多可以包含2个字段。我不确定第四点中的“总是两个字段”是否正确。也许这有助于理解规范。 - Bodo

你是对的。我没有考虑到这种情况。 - Bodo

第一点是错误的。应该是“两个八字节”，而不是“八个八字节”。 - EvanL00

@EvanL00：你怎么知道这是“错误”的？引用的文本就是链接文档中的原样；原始文档说：“1.如果一个对象的大小大于八个八字节……”那是一个草案版本，但它也在发布版本中。如果你认为这是原始文件中的错误，因为第4点讨论了两个字段，暗示聚合中只有两个八字节，在第5点中显示涉及超过两个八字节的情况：“如果聚合的大小超过两个八字节……” - Eric Postpischil

@EricPostpischil 这里是更新后的评论。 这个链接 https://c9x.me/compile/doc/abi.html 的第4点提到了“两个八字节”。接下来的s是通过栈传递的，所以它在内存中，对吧？// Type your code here, or load an example. class s { public: int i; int d; int j; int k; int g; int h; }; void g(s pi, int j) { } int main() { s s1; int i = 4; g(s1, i); } - EvanL00

Answer 1

请查看gcc实现。

针对第1点的澄清（回应评论中称“eight是错别字，应该是2”的说法）：

1. 如果一个对象的大小大于8个八字节，或者它包含不对齐的字段，则其类别为MEMORY。

      /* On x86-64 we pass structures larger than 64 bytes on the stack.  */
      if (bytes > 64)
        return 0;

该函数返回用于参数的寄存器数量，如果返回值为零则意味着应该使用内存。

（稍后，在分析完成后，如果有超过两个 eightbytes，则仅在第一个是SSE且其余为SSEUP的情况下使用寄存器，如5.(c)所指出的那样：

(c) 如果聚合体的大小超过两个8字节，并且第一个8字节不是SSE或任何其他8字节不是SSEUP，则整个参数将通过内存传递。)

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Q1. 在第(3)点中，“每个分类别单独处理”，作者是否指“每个eightbyte”？

是的，在代码中，每个eightbyte被称为“word”。

每个eightbyte都被初始化为NO_CLASS类。

  int words = CEIL (bytes + (bit_offset % 64) / 8, UNITS_PER_WORD);
  // ...
      for (i = 0; i < words; i++)
        classes[i] = X86_64_NO_CLASS;

Q2. 在第（4）点中，“每个对象的字段”是指“通过第（3）点分离而成的八字节的每个字段”吗？

不，它们指的是结构体/类、联合体或数组元素的每个字段。代码中处理这些内容的地方有几处，但你会看到像这样的for循环：for。

          for (field = TYPE_FIELDS (type); field; field = DECL_CHAIN (field))

这就是为什么它是递归的原因。字段本身可以是聚合类型。整个逻辑从每个字段开始应用，然后通过递归函数：

• 要么返回0，表示整个内容在内存中传递，
• 或者返回将使用的寄存器（八字节）数量和每个寄存器的类别（通过嵌套字段的递归将在具有非聚合类型的字段处终止）。

                      num = classify_argument (TYPE_MODE (type), type,
                                               subclasses,
                                               (int_bit_position (field)
                                               + bit_offset) % 512);
                      if (!num)
                        return 0;

Q3. 在第（4）点中，“两个字段”指的是连续的两个字段吗？

我认为这里“字段”不准确。而且不是连续的。它所做的是将迄今确定的每个word类别与相应的字段递归地合并到一起。请参见下文：

                      pos = (int_bit_position (field)
                            + (bit_offset % 64)) / 8 / 8;
                      for (i = 0; i < num && (i + pos) < words; i++)
                        classes[i + pos]
                          = merge_classes (subclasses[i], classes[i + pos]);

从pos（该字段所在的八字节）开始，每个类都会与通过递归调用该字段确定的子类合并。

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Q4. 在第4点中，“结果类”是指对象的类、八字节的类、第二个考虑的字段的类还是其他什么类？

现在正在描述merge_classes函数，它接受两个类并返回八字节的合并类。我们正在遍历字段，但类是针对八字节的。

在最后一种情况下，结果类在哪里使用？

每个类将确定相应寄存器的类型（GPR/SSE/X87等）。

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Q5. 在第4点中，如果只有一个字段呢？或者有偶数个字段呢？

我希望“两个字段”在这个时候已经得到了解答。如果，例如，结构体只有一个字段，则该八字节的类将被初始化为NO_CLASS，然后对于该字段，它将被确定为，例如，INTEGER。然后在合并时，类将变为INTEGER。

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Q6. 在第5点中，“一个字段的类”是指一个八字节的类还是一个字段的类？

是指一个八字节的类。类始终是指八字节。

- mkayaalp