为什么 ARM gcc 在函数开始时将寄存器 r3 和 lr 压入堆栈？

Question

我试过像这样写一个简单的测试代码(main.c):

main.c
void test(){
}
void main(){
    test();
}

然后我用arm-non-eabi-gcc编译，objdump得到汇编代码：

arm-none-eabi-gcc -g -fno-defer-pop -fomit-frame-pointer -c main.c
arm-none-eabi-objdump -S main.o > output

汇编代码会压入 r3 和 lr 寄存器，即使函数什么也没做。

main.o:     file format elf32-littlearm

Disassembly of section .text:

00000000 <test>:
void test(){
}
   0:   e12fff1e        bx      lr

00000004 <main>:
void main(){
   4:   e92d4008        push    {r3, lr}
        test();
   8:   ebfffffe        bl      0 <test>
}
   c:   e8bd4008        pop     {r3, lr}
  10:   e12fff1e        bx      lr

我的问题是为什么 arm gcc 选择将 r3 压入堆栈，甚至 test() 函数也从不使用它？ gcc 是否只是随机选择 1 个寄存器来推送？如果是为了堆栈对齐（ARM 为 8 字节）要求，为什么不直接减去 sp？谢谢。

==================更新==========================

@KemyLand 对于你的回答，我还有另一个例子：源码为：

void test1(){
}
void test(int i){
        test1();
}
void main(){
        test(1);
}

我使用上面相同的编译命令，得到如下程序集：

main.o:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

00000000 <test1>:
void test1(){
}
   0:   e12fff1e        bx      lr

00000004 <test>:
void test(int i){
   4:   e52de004        push    {lr}            ; (str lr, [sp, #-4]!)
   8:   e24dd00c        sub     sp, sp, #12
   c:   e58d0004        str     r0, [sp, #4]
        test1();
  10:   ebfffffe        bl      0 <test1>
}
  14:   e28dd00c        add     sp, sp, #12
  18:   e49de004        pop     {lr}            ; (ldr lr, [sp], #4)
  1c:   e12fff1e        bx      lr

00000020 <main>:
void main(){
  20:   e92d4008        push    {r3, lr}
        test(1);
  24:   e3a00001        mov     r0, #1
  28:   ebfffffe        bl      4 <test>
}
  2c:   e8bd4008        pop     {r3, lr}
  30:   e12fff1e        bx      lr

如果第一个例子中的 push {r3, lr} 是为了使用更少的指令，为什么在这个函数 test() 中，编译器不只使用一条指令？

push {r0, lr}

它使用 3 条指令而不是 1 条。

push {lr}
sub sp, sp #12
str r0, [sp, #4]

顺便说一下，为什么它用 12 来替换 sp，堆栈是 8 字节对齐的，它可以用 4 来替换它吗？

Answer 1

根据Standard ARM Embedded ABI，r0到r3用于传递参数给函数，其值return，同时lr (a.k.a: r14) 是link寄存器，其目的是保存函数的return地址。

显然 lr 必须保存，否则 main() 将无法 return 给它的调用者。

现在臭名昭著的是每条 ARM 指令占用 32 位，正如您提到的，ARM 有 8 字节的调用堆栈对齐要求。而且，作为奖励，我们正在使用 Embedded ARM ABI，因此代码大小将得到优化。因此，通过压入一个未使用的寄存器（不需要 r3，因为 test() 既不接受参数也不接收 lr 和对齐堆栈，让单个 32 位指令更有效它 return 是任何东西），然后弹出一条 32 位指令，而不是添加更多指令（因此，浪费宝贵的内存！）来操作堆栈指针。

毕竟，得出这只是 GCC 的优化的结论是合乎逻辑的。

为什么 ARM gcc 在函数开始时将寄存器 r3 和 lr 压入堆栈？

Why ARM gcc push register r3 and lr into stack at the beginning of a function?

c

assembly

gcc

arm