c - 为什么编译器生成的代码会一遍又一遍地在同一内存位置写入相同的内容？

Question

我使用 clang 和 gcc 编译了以下代码，并使用 -O3 调用了它们:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

static void a(int n) {
  if (n == 0) return;

  printf("descending; a=%i\n", n);
  a(n-1);
}

int main() {
  a(5);
  return 0;
}

这是 gcc 生成的主函数(末尾没有 NOP):

08048310 <main>:
 8048310:   55                      push   %ebp
 8048311:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
 8048313:   83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
 8048316:   83 ec 10                sub    $0x10,%esp
 8048319:   c7 44 24 04 05 00 00    movl   $0x5,0x4(%esp)
 8048320:   00 
 8048321:   c7 04 24 14 85 04 08    movl   $0x8048514,(%esp)
 8048328:   e8 c7 ff ff ff          call   80482f4 <printf@plt>
 804832d:   c7 44 24 04 04 00 00    movl   $0x4,0x4(%esp)
 8048334:   00 
 8048335:   c7 04 24 14 85 04 08    movl   $0x8048514,(%esp)
 804833c:   e8 b3 ff ff ff          call   80482f4 <printf@plt>
 8048341:   c7 44 24 04 03 00 00    movl   $0x3,0x4(%esp)
 8048348:   00 
 8048349:   c7 04 24 14 85 04 08    movl   $0x8048514,(%esp)
 8048350:   e8 9f ff ff ff          call   80482f4 <printf@plt>
 8048355:   c7 44 24 04 02 00 00    movl   $0x2,0x4(%esp)
 804835c:   00 
 804835d:   c7 04 24 14 85 04 08    movl   $0x8048514,(%esp)
 8048364:   e8 8b ff ff ff          call   80482f4 <printf@plt>
 8048369:   c7 44 24 04 01 00 00    movl   $0x1,0x4(%esp)
 8048370:   00 
 8048371:   c7 04 24 14 85 04 08    movl   $0x8048514,(%esp)
 8048378:   e8 77 ff ff ff          call   80482f4 <printf@plt>
 804837d:   31 c0                   xor    %eax,%eax
 804837f:   c9                      leave  
 8048380:   c3                      ret    

这是来自 clang 的那个:

080483d0 <main>:
 80483d0:   55                      push   %ebp
 80483d1:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
 80483d3:   56                      push   %esi
 80483d4:   83 ec 0c                sub    $0xc,%esp
 80483d7:   be 05 00 00 00          mov    $0x5,%esi
 80483dc:   8d 74 26 00             lea    0x0(%esi,%eiz,1),%esi
 80483e0:   89 74 24 04             mov    %esi,0x4(%esp)
 80483e4:   c7 04 24 e0 84 04 08    movl   $0x80484e0,(%esp)
 80483eb:   e8 04 ff ff ff          call   80482f4 <printf@plt>
 80483f0:   4e                      dec    %esi
 80483f1:   75 ed                   jne    80483e0 <main+0x10>
 80483f3:   31 c0                   xor    %eax,%eax
 80483f5:   83 c4 0c                add    $0xc,%esp
 80483f8:   5e                      pop    %esi
 80483f9:   5d                      pop    %ebp
 80483fa:   c3                      ret    

我的问题是:是否有充分的理由说明它们都生成了一遍又一遍地在堆栈上写入静态字符串地址的代码？例如，为什么 clang 生成的代码不是这样的？

080483d0 <main>:
 80483d0:   55                      push   %ebp
 80483d1:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
 80483d3:   56                      push   %esi
 80483d4:   83 ec 0c                sub    $0xc,%esp
 80483d7:   be 05 00 00 00          mov    $0x5,%esi
 80483dc:   8d 74 26 00             lea    0x0(%esi,%eiz,1),%esi
 80483e0:   c7 04 24 e0 84 04 08    movl   $0x80484e0,(%esp)
 80483e7:   89 74 24 04             mov    %esi,0x4(%esp)
 80483eb:   e8 04 ff ff ff          call   80482f4 <printf@plt>
 80483f0:   4e                      dec    %esi
 80483f1:   xx xx                   jne    80483e7 <main+0x17>
 80483f3:   31 c0                   xor    %eax,%eax
 80483f5:   83 c4 0c                add    $0xc,%esp
 80483f8:   5e                      pop    %esi
 80483f9:   5d                      pop    %ebp
 80483fa:   c3                      ret    

Answer 1

在 Mac OS X 应用程序二进制接口(interface)中，堆栈上传递的参数可能会被调用的例程修改。因此，在调用例程将格式字符串的地址放入堆栈的位置，允许被调用例程写入堆栈中的那个位置。 (通常不允许写入堆栈上更高[较早]的​​位置。)因此，调用例程无法知道，在被调用例程返回后，调用例程写入堆栈的参数没有改变。

这对于在使用它们执行计算时可能会修改其参数的例程来说是一种便利。例如，您可以编写如下代码:

int foo(int x)
{
    x *= x;
    return x+3;
}

显然，对于这么简单的代码，编译器实际上不需要将乘积存储在 x 中来完成返回值的计算。但是，对于更复杂的例程，您可以看到编译器可能决定将值存储到 x 的位置。

作为 ABI 设计问题，您可能想知道禁止被调用例程使用此空间是否更好，以便调用者可以依赖值不变。但是，以这种方式重复使用一个参数并不常见，而且编写新副本的成本很小。

另请注意，只有写入堆栈的格式字符串的地址可以更改。 C 语义要求格式字符串的内容 被调用的例程保持不变，因为它是 const char。