函数调用规范

函数调用规范（calling convention）用来描述父子函数时如何编译与链接的，特别是父函数和子函数之间调用关系的约定，例如栈的布局、参数的传递等等。每一个处理器体系结构都有不同的函数调用规范

• 函数的前8个参数使用a0～a7（x10～x17）寄存器传递
• 如果函数的参数多于8个，除前8个参数使用寄存器来传递之外，后面的参数使用栈来保存传递
• 如果传递的参数宽度小于寄存器宽度（64位），那么先按照符号扩展到32位，再按照符号扩展到64位。如果传递的参数是128位，则使用一对寄存器来传递该参数。
• 函数的返回参数保存到a0和a1寄存器中
• 如果子函数需要使用s0～s11寄存器，那么在使用前需要将其保存到栈中，使用完之后再从栈中恢复这些寄存器的值
• 栈是从高地址向低地址增长的，sp寄存器在进入函数时需要对齐到16字节。传递给栈的第一个参数位于sp offset=0处，后续offset依次偏高。
• GCC使用-fno-omit-frame-pointer编译选项，那么编译器使用s0作为栈帧指针（frame pointer FP）

入栈与出栈

栈stack是一种后进先出的数据存储结构，其主要用于：

• 保存临时存储的数据，如局部变量等
• 在函数调用的过程中，如果传递的参数大于8个时，则需要用栈传递参数

通常栈是一种从高地址往低地址扩展的。栈的起始地址被称为栈底。栈从高地址往低地址延伸到的某个点称为栈顶。sp指针来指向栈最新分配的地址，即指向栈顶。fp指针（栈帧指针）用来指向栈底。

当数据入栈时，sp指向的地址减小，栈空间扩大；当数据出栈时，sp指向的地址增大，栈空间缩小。

栈在函数调用的过程中起到非常重要的作用，包括存储函数使用的局部变量、传递参数。在函数调用的过程，栈是逐步生成的。为单个函数分配的栈空间，即从栈底到栈顶的这段空间就称为栈帧。

RISC-V指令集中并没有提供专门的入栈和出栈指令

在RISC-V架构中，每个栈帧的大小至少为16字节。sp寄存器指向栈顶，并且必须按照16字节对齐。从栈底开始的16字节用于存储函数的返回地址ra和fp的值（gcc打开-fno-omit-frame-pointer选项）

RISC-V栈的布局

上文提到了gcc中的-fno-omit-frame-pointer选项用于开关是否使用FP指针。针对这两种不同的情况，栈的布局也有所区别

不使用FP

• 所有的函数调用栈从高地址向低地址扩展
• sp指向栈顶
• 如果调用了子函数，函数的返回地址需要保存在栈里，即s_ra处
• 栈的大小为16字节的倍数
• 函数返回时需要先把返回地址从栈s_ra位置处恢复到ra寄存器，然后执行RET指令

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使用FP

• 所有的函数调用栈都会组成一个单链表。
• 每个栈由两个地址来构成这个链表，这两个地址都是64位宽的，并且它们都位于栈底。
• s_fp的值指向上一个栈帧（父函数的栈帧）的栈底。
• s_ra保存当前函数的返回地址，也就是父函数调用该函数时的地址。
• 函数返回时，RISC-V处理器先把返回地址从栈的s_ra位置处载入到当前ra寄存器，然后 执行ret指令
• 操作系统常用的输出栈信息等技术手段是通过栈帧指针FP来回溯整个栈

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