前言

不管是C语言还是golang语言,都有自己的函数调用流程,主要是在函数调用过程中,各种寄存器和内存堆栈的变化. 理解清楚整个函数调用流程,可以加深对golang语言的了解.

编译源代码

对下面的简单函数，通过反汇编和调试器来看下golang的函数调用流程，主要是函数调用过程中的参数传递和关键寄存器的变化。

为了避免编译器的优化，加上-gcflags '-l -N'选项，-gcflags是给编译器的选项，通过go tool compile可以看到选项列表，-l表示禁止内联，-N表示禁止优化。一般我们要看一些细节的时候，都需要把这两个选项带上。

#go build -gcflags '-l -N'

通过如下命令得到反汇编信息

#go tool objdump --gnu -S 0913 > tmp.s

打开tmp.s文件，找到main.test2，能看到main.main和main.test2的反汇编信息，这儿把plan9会把和gnu汇编都显示。

整个调用流程如下

下面开始具体分析.

前导和结尾

分析main.main，发现golang编译器给函数固定插入的前导和结尾有两部分.

第一部分如下.其作用是保证当前goroutine的栈空间足够，其方法是通过得到当前栈空间接近底部的一个地址0x10(CX)(g.stack.stackguard0)并和当前SP比较，如果SP的值小于等于0X10(CX)的值，那么栈的空间已经马上不够用了，必须进行扩容，然后就会jmp到runtime.morestack_noctxt进行扩容，完成之后再JMP到main.main，如果还是不够，就再扩容，直到检查到够了。 因为golang中的goroutine使用的栈都是新建的,初始值默认为2K,随着函数调用层数增加,或者有些函数的局部变量占用空间过大,会导致不够用,这个时候就需要扩容了. 由于这个处理扩容的代码是golang编译器加入的,我们就不用关心了.

0x45dac0              64488b0c25f8ffffff      MOVQ FS:0xfffffff8, CX               // mov %fs:0xfffffff8,%rcx
0x45dac9              483b6110                CMPQ 0x10(CX), SP                    // cmp 0x10(%rcx),%rsp
0x45dacd              0f8687000000            JBE 0x45db5a                         // jbe 0x45db5a
。。。
0x45db5a              e821aeffff              CALL runtime.morestack_noctxt(SB)    // callq 0x458980
0x45db5f              90                      NOPL                                 // nop
0x45db60              e95bffffff              JMP main.main(SB)                    // jmpq 0x45dac0

第二部分如下.如果对C编译好的代码进行反汇编也能看到基本完全相同的汇编代码.这部分代码是对callee进行栈空间的分配和回收的.进入一个callee的时候，(0)SP是返回地址，也就是callee执行完成之后，caller要执行的指令地址。

0x45dad3 4883ec48 SUBQ $0x48, SP // sub $0x48,%rsp
0x45dad7 48896c2440 MOVQ BP, 0x40(SP) // mov %rbp,0x40(%rsp)
0x45dadc 488d6c2440 LEAQ 0x40(SP), BP // lea 0x40(%rsp),%rbp
。。。
0x45db50 488b6c2440 MOVQ 0x40(SP), BP // mov 0x40(%rsp),%rbp
0x45db55 4883c448 ADDQ $0x48, SP // add $0x48,%rsp
0x45db59 c3 RET // retq

先将SP的地址下移0x48，这个就是main.main的栈帧大小（不同的函数需要的栈帧大小不一样，所以这儿的值不同，但是在编译的时候是可以计算出每个函数的局部变量需要的大小，以及调用其他函数需要传参使用的大小的），main.main的局部变量就放在这里面的。注意这儿把main.main栈帧的顶部，也就是(0X40)SP放了老的BP的值，然后把这个地址放到了BP里面。

这样就BP的值是一个地址，这个地址里面存放着上一个栈帧的BP的值，其也是一个地址，这样BP的值就弄成了一个链表，可以不断向上串联起来。当然，如果我们不关心这个事情，那么BP是不需要的，实际上现在gcc有个选项就可以关闭对BP寄存器的使用，golang编译器在优化的情况下也会不使用BP寄存器。栈帧里面所有的变量通过SP寄存器进行偏移就可以访问到了。我们看上面的汇编代码，确实都没有用到BP寄存器来定位变量。

在函数调用完成的时候,通过上面相反的调用顺序将栈空间进行回收.

详细调用过程分析

上面已经介绍了基本过程.下面再通过分析main.main调用main.test2的整个过程来加深理解,推荐通过dlv工具来自己一步一步的走,可以加深理解.

进入代码目录使用dlv debug命令开始调试,然后使用b main.main设置断点,c开始运行,使用disassembly看反汇编代码,使用si命令来单指令执行.

1.main.main CALL main.test2之前的栈帧

也就是上面的0x45daf2执行之前的寄存器和栈的情况.现在RBP和RSP是main.main的栈帧,然后main.test2需要的两个入参已经准备好了.

2.main.main CALL main.test2之后的栈帧

也就是0x45daf2执行之后的寄存器和栈的情况. 这个时候SP的值-=8,里面存放main.test2执行完成之后返回main.main的执行指令的地址,也就是CALL下面那条指令的地址.由于RIP的值被CALL指令修改了,CPU执行的下一条指令就是main.test2的第一条指令了.

main.test2(以及其他函数)本身的执行流程如下.

首先是栈帧的准备,然后是返回值的初始值设置.然后是核心的计算逻辑代码,然后是根据计算的结果设置返回值.最后销毁栈帧并返回.

3.main.test2准备栈帧

通过将RSP的值调整小(栈帧向下生长),扩展好main.test2函数的栈帧,然后设置和RBP的值来标记栈帧的开始,同时让各个栈帧的RBP本身可以形成一个链表,方便调试器查找.

4.初始化返回值,完成计算逻辑,保存返回值.

golang的一个函数返回值默认值需要为0,因为我们可以直接使用不带参数的return语句.这儿将返回值设置为0值.

在通过相应的指令完成计算逻辑之后,把返回值保持到main.main的栈帧里面,注意这整个过程中RSP和RBP都不会变化的,局部变量,入参,出参都是通过对RSP进行偏移得到的(入参,出参会偏移到main.main的栈帧里面,局部变量偏移到自己的栈帧里面),具体的偏移值编译器在编译过程中是可以计算出来的. 注意全f的表示值-1.

5.销毁栈帧,返回main.main

在恢复了BP和SP之后,SP处值为main.main中CALL语句压入的下一条语句的地址.

main.test2的最后一条RET语句执行完成之后,RIP的值值变成SP处的值,SP+=8.栈帧完全恢复到CALL语句之前,唯一变的是main.main栈帧中返回值的两个地址里面变成了经过main.test2执行的值.然后SP-0X28这部分的内存就无效了,虽然里面的内容并没有被清空为全0.