问题：nasm中如何正确使用r8、r9、r10寄存器进行函数调用？

Question

在64位系统中使用NASM进行汇编编程时，如何正确使用r8、r9、r10寄存器进行函数调用？这些寄存器是否可用于传递函数参数？是否需要遵循特定的调用约定（如System V AMD64 ABI）？在函数调用前后是否需要保存或恢复这些寄存器的值？是否存在与其他调用惯例（如Windows x64）之间的差异？如何编写兼容不同平台的代码？通过实例说明在NASM中如何利用r8–r11传递参数并正确调用外部函数（如C库函数），确保程序运行稳定且符合ABI规范。

Answer 1

一、64位系统中NASM汇编与寄存器使用概述

在64位系统下，x86-64架构引入了额外的通用寄存器（如r8–r15），以提升性能和简化调用约定。NASM作为广泛使用的汇编器，支持这些新寄存器的使用。

在函数调用过程中，是否可以使用r8、r9、r10寄存器进行参数传递？这取决于所遵循的调用约定。System V AMD64 ABI是Linux平台的标准调用约定，而Windows x64则有其特有的规则。

二、System V AMD64 ABI 中的寄存器角色

根据 System V AMD64 ABI 文档，前六个整型或指针参数依次使用以下寄存器：

• rdi - 第一个参数
• rsi - 第二个参数
• rdx - 第三个参数
• rcx - 第四个参数
• r8 - 第五个参数
• r9 - 第六个参数

超过第六个参数的部分将被压栈传递。

三、r8–r11 是否可用于参数传递？

在 System V AMD64 ABI 中，r8–r9 是用于参数传递的合法寄存器；r10 和 r11 则被视为临时寄存器（caller-saved），它们的内容在函数调用后不保证保留。

因此，在函数调用前如果需要保留r10/r11中的值，应手动将其保存到栈中。

四、Windows x64 调用约定对比

	System V AMD64 ABI (Linux)	Windows x64 (Microsoft)
参数传递寄存器	rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9	rcx, rdx, r8, r9
栈上传递位置	第7个参数起	第5个参数起
调用者保存的寄存器	rax, rdi, rsi, rdx, rcx, r8–r11	rax, rcx, rdx, r8–r11, xmm0–xmm5
被调用者必须保存的寄存器	rbx, rbp, r12–r15	rbx, rbp, rdi, rsi, r12–r15

由此可见，Windows x64 的调用约定与 Linux 不同，尤其在参数寄存器顺序和栈布局上有明显差异。

五、编写跨平台兼容代码的建议

为了使代码在多个平台上都能正常运行，建议：

1. 明确指定目标平台并遵循对应的调用约定。
2. 避免在不同平台间混用寄存器顺序。
3. 使用宏定义或预处理指令区分平台。
4. 对于C库函数调用，确保参数顺序正确且栈对齐为16字节。

六、实例：使用 NASM 在 Linux 下通过 r8–r11 调用 printf 函数

以下是一个完整的示例，展示如何使用 r8–r9 来传递参数，并正确调用 C 库函数 printf：

section .data
    fmt db "a=%d, b=%d, c=%d, d=%d, e=%d, f=%d", 10, 0

section .text
    extern printf
    global main

main:
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 32           ; 为栈空间预留，满足16字节对齐要求

    mov     rdi, fmt          ; 第一个参数：格式字符串
    mov     rsi, 1            ; 第二个参数
    mov     rdx, 2            ; 第三个参数
    mov     rcx, 3            ; 第四个参数
    mov     r8,  4            ; 第五个参数
    mov     r9,  5            ; 第六个参数
    xor     eax, eax          ; 表示没有浮点数参数
    call    printf

    add     rsp, 32
    pop     rbp
    ret
  

注意：虽然我们在这里使用了 r8–r9，但并未使用 r10–r11，因为它们是 caller-saved 寄存器，若需使用应在调用前压栈保存。

七、函数调用前后是否需要保存寄存器？

根据调用约定：

• Caller-saved registers（如 rax, rcx, rdx, rsi, rdi, r8–r11）：调用者负责保存其值。
• Callee-saved registers（如 rbx, rbp, r12–r15）：被调用函数必须恢复其原始值。

因此，在使用 r8–r11 进行参数传递时，如果希望保留其值，则应在函数调用前手动将其压栈保存。

八、流程图说明调用过程中的寄存器使用逻辑

graph TD
      A[开始函数] --> B{是否使用r8-r11?}
      B -- 否 --> C[按常规参数顺序使用rdi, rsi, rdx, rcx]
      B -- 是 --> D[将参数放入r8, r9]
      D --> E[是否需保留r10/r11?]
      E -- 是 --> F[push r10/r11到栈]
      E -- 否 --> G[继续执行]
      G --> H[调用函数call]
      H --> I[函数返回]
      F --> J[pop r10/r11恢复原值]
      J --> K[结束函数]