什么是函数调用约定？
函数调用约定也就是函数的调用者和被调用者之间遵循的一种约定，它规定了在函数调用期间如何传递参数、返回值存储位置以及寄存器和堆栈的使用。在 Linux x86_64 架构下，有唯一的函数调用约定，遵循的是 System V ABI 的 call convention：
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参数传递寄存器： 参数通过寄存器 RDI，RSI，RDX，RCX，R8，R9 传递，而其他参数通过堆栈传递；
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返回值寄存器： 整型返回值通常存储在 RAX 寄存器中，如果返回值超过 64 位，则会使用 RAX 和 RBX 两个寄存器；
- Caller-saved 寄存器：RDI, RSI, RDX, RCX, R8, R9, RAX, R10, R11
- Callee-saved 寄存器：RBX, RBP, R12, R13, R14, R15
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栈的使用： 被调用者负责在栈上分配空间用于存储局部变量，并在函数返回前清理这些栈空间。
参数传递寄存器怎么理解？
当进行函数调用时，caller 会向 callee 传递一些参数，这些参数的传递方式会遵循函数的调用约定。在 x86_64 架构下，前六个不超过 64 位长的参数会通过一组特定的寄存器传递给被调用函数，这些寄存器也就是上文提到的参数传递寄存器，如果参数个数超过六个，那么额外的参数将通过堆栈传递。
那么为什么会有参数传递寄存器呢？那是因为，将参数传递到寄存器中可以提高函数调用的效率，因为寄存器的读取和写入速度比内存要快。通过尽量利用寄存器来传递参数，可以减少对内存的访问，提高程序的性能。然而，超过指定的寄存器个数的参数仍然需要通过堆栈来传递，这可能会导致性能略有下降。因此，在设计函数时，考虑参数的数量和类型，并遵循函数调用的约定，以便于优化性能。
返回值寄存器的作用是什么？
返回值寄存器 RAX 在函数调用中非常重要，因为它是函数向调用者返回结果的通道，扮演着存储函数返回值并传递给调用者的关键角色。了解它的功能有助于理解函数调用的流程，以及如何正确获取函数返回值。同时，编写汇编级代码时，对于返回值的处理也至关重要。
什么是 Caller/Callee-saved 寄存器？它的存在有什么意义呢？
Caller-saved 寄存器是在函数调用期间由调用者（caller）保存和恢复的寄存器。调用者在调用函数前，如果在这些寄存器中存储了相关数据，就需要先备份这些寄存器的内容。因为被调用函数可能会修改这些寄存器的数据，调用者需要确保这些数据在函数调用返回后能够被恢复，因此需要再函数调用前提前做好备份，然后再函数调用结束后再将保存的数据恢复。
Callee-saved 寄存器则是在函数调用期间由被调用者（callee）保存和恢复的寄存器。被调用函数在执行之前必须保存并在函数返回之前恢复这些寄存器的数据，以确保调用者的程序在函数调用后不受到这些寄存器数据的改变影响。
它们的意义在于：
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保护调用者的寄存器状态： Caller-saved 寄存器的存在允许被调用的函数自由地修改这些寄存器的数据，因为调用者需要自行负责保存和恢复这些寄存器的内容，以保护它们的状态不被破坏。
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保护被调用者的寄存器状态： Callee-saved 寄存器的存在要求被调用的函数在执行期间保护这些寄存器的数据，确保函数执行完毕后这些寄存器的数据被正确还原，不影响调用者程序中这些寄存器的状态。
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多函数调用之间的信息传递和保护： 使用这些规则可以使得多个函数调用之间的寄存器的数据不相互干扰，保证程序的稳定性和可靠性。
因此，这种 Caller-saved 和 Callee-saved 寄存器的机制有助于确保函数调用期间寄存器状态的正确性和一致性，同时也可以让编译器更好地优化代码，提高程序的性能。
什么是函数调用栈？
函数调用栈（Function Call Stack）是一个用于存储函数调用信息的数据结构，它是在程序执行期间用来管理函数调用和返回的重要组成部分。它以一种后进先出的方式工作，每当函数被调用时，相关的信息都会被推入栈中；而当函数执行结束返回时，这些信息则会从栈中弹出。
栈的基本概念
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栈帧（Stack Frame）： 在调用栈中，每个函数调用都会创建一个栈帧。栈帧包含了函数调用时所需的各种信息，比如函数参数、局部变量、函数返回地址等。栈帧的大小取决于函数所需的空间大小以及编译器和函数调用约定。
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栈指针（Stack Pointer）： 它指向当前栈顶的位置，即最近被推入栈中的数据的位置。当有新的函数被调用时，栈指针会移动到新的栈帧的起始位置。
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函数调用和返回： 在函数调用时，当前函数的状态会被保存到栈中，包括返回地址、参数和一些寄存器的值等信息。当函数执行完毕准备返回时，栈帧会被弹出，恢复调用前的状态，控制流程回到调用该函数的位置。
函数调用栈在程序执行中起着至关重要的作用，不仅支持函数调用的管理和控制流程的正确性，同时也为程序的调试和异常处理提供了重要的信息，理解函数调用栈信息对于程序的调试和错误排查非常重要。通过查看调用栈可以追踪函数调用的路径，从而更容易理解程序的执行过程，定位问题出现的位置和原因。同时对程序的设计和性能优化也有着很重要的意思。
总结：理解函数调用底层原理的重要性
1. 提高代码效率和性能优化
- 优化函数调用： 了解函数调用的底层原理可以帮助程序员编写更有效率的代码，例如避免不必要的函数调用、减少参数传递的开销等。
- 利用寄存器和栈： 了解哪些寄存器用于参数传递、返回值存储，以及栈的使用情况，有助于编写更高效的汇编级代码或进行性能优化。
2. 深入理解编程语言和工作原理
- 理解语言特性： 知道函数是如何在底层被调用的，有助于更深入理解编程语言中函数调用的特性和行为，比如参数传递、函数返回值等。
- 底层工作原理： 了解函数调用底层原理有助于理解计算机如何处理函数调用，包括栈的使用、寄存器的管理和内存分配等。
3. 调试和错误排查
- 追踪程序执行： 对函数调用的理解使得在调试程序时更容易追踪函数调用的路径，定位问题所在。
- 识别性能瓶颈： 理解函数调用的底层原理有助于识别程序中的性能瓶颈，并进行相应的优化。
4. 优化资源利用和内存管理
- 内存管理： 理解函数调用栈有助于更好地管理内存分配和释放，避免栈溢出等问题。
- 资源优化： 了解函数调用的原理可以帮助程序员更好地利用资源，避免资源的浪费和不必要的开销。
总的来说，理解函数调用的底层原理不仅对编程效率、程序性能优化和调试有帮助，也是深入计算机科学领域以及系统级编程或底层开发所必需的基础知识。对于软件开发人员来说，深入理解函数调用底层原理能够使他们更有把握地掌控代码执行流程，编写出更加高效、稳健和可靠的程序。
