RISC-V基础之函数调用（二）栈与寄存器（包含实例）

堆栈是一种后进先出（LIFO）的队列，用于存储函数调用时的临时数据和现场数据。堆栈指针sp（寄存器2）是一个普通的RISC-V寄存器，按照惯例，指向堆栈的顶部。堆栈从高地址向低地址增长，即当需要更多的临时空间时，堆栈指针sp减小。

函数调用时，如果函数参数和局部变量很多，寄存器放不下，需要开辟堆栈空间存储。中断发生时，堆栈空间用于存放当前执行程序的现场数据（下一条指令地址、各种缓存数据），以便中断结束后恢复现场。开辟和释放堆栈空间的方法是调整堆栈指针sp的值。

函数调用时，为了避免函数修改除了a0之外的其他寄存器的值，造成主程序的寄存器内容被破坏，需要在函数执行前将需要修改的寄存器的值保存到堆栈上，然后在函数返回前将它们从堆栈上恢复。具体的步骤是：

• 在堆栈上分配空间来存储一个或多个寄存器的值
• 将寄存器的值存储到堆栈上
• 执行函数使用寄存器
• 从堆栈上恢复寄存器的原始值
• 释放堆栈空间

堆栈通常颠倒存储在存储器中，使得堆栈顶部实际上是最低地址，并且堆栈向下朝向较低存储器地址增长。 这称为降序堆栈。 一些架构还允许向上的堆栈向更高的内存地址增长。 堆栈指针（sp）通常指向堆栈上的最顶层元素； 这称为全栈。 某些体系结构（例如 ARM）还允许空堆栈，其中 sp 指向堆栈顶部之外的一个字。 RISC-V架构定义了函数传递变量和使用堆栈的标准方式，以便不同编译器开发的库可以互操作。 它指定了一个完整的降序堆栈。

 RISC-V指定的降序堆栈如下图所示： 

 

 

 

上图代码示例展示了一个改进的diffofsums函数，它在修改t0,t1和s3寄存器之前将它们保存到堆栈上，并在返回前将它们从堆栈上恢复。这样可以避免破坏调用者的寄存器内容。

下图展示了在调用代码示例中的diffofsums函数之前，期间和之后的堆栈情况。堆栈一开始在0xBEF0F0FC。diffofsums通过将堆栈指针sp减少12来为三个字分配堆栈空间。然后它将t0,t1和s3寄存器中的当前值存储在新分配的空间中。它执行函数的其余部分，改变这三个寄存器的值。在函数结束时，diffofsums从堆栈上恢复这些寄存器的值，释放它的堆栈空间，并返回。当函数返回时，a0保存了结果，但没有其他副作用：t0,t1,s3和sp与函数调用前具有相同的值。

 

一个函数为自己分配的堆栈空间称为它的堆栈帧（stack frame）。diffofsums的堆栈帧有三个字深。模块化原则告诉我们，每个函数只应访问自己的堆栈帧，而不是属于其他函数的帧。