通过汇编看golang函数的多返回值

golang这门语言,有个比较好的特性,就是支持函数的多返回值。想C,C++,Java等这些语言,是不支持函数多返回的。但是C,C++可以使用传递指针,实现函数多返回。但是,你有没有想过,golang是怎样实现函数多返回值的呢?
我们知道,C,C++是通过寄存器实现函数返回值的,也就是先把返回值写入到一个寄存器中,然后再从寄存器中,读到函数的返回值。golang也是这样实现的吗?

伟大的思想家孔子曾说过,在源码面前一切都如同裸奔。后来,鲁迅先生,总结了孔子的思想,说出了,在汇编面前,一切语法都是纸老虎。

下面我们通过golang的汇编指令,来看一下golang是怎样实现函数的多返回值的

在看汇编之前,我们先用go的debug函数看下函数的栈信息
代码很简单,不用解释了

package main

import (
    "fmt"
    "runtime/debug"
)

func main() {
    one(3)
}

func one(a int) (int, int) {
    fmt.Println(string(debug.Stack()))
    return a, a + 5
}

我标红的这一行,就是one 函数的栈信息,第一个参数 0x3 很好理解,就是我们传入的参数3, 但是后面这两个是啥?还有,我明明只传了一个参数,为啥会传入三个参数?

到这里,我也就不卖关子了,直接说了,后面这两个参数,就是one函数返回值的地址,也就是说,one函数返回值地址不在one函数中,而是在调用one函数的mian函数中。golang的函数返回值,和C,C++的不同,golang的返回值是通过栈内地址实现的(返回值的地址是由函数调用者提供)。

package main

func main() {
    var b, c *int
    one(3, b, c)
}

func one(a int, b, c *int) {
}

也就是说,刚开始的那段代码,和这段在功能实现上,没有什么差别,只是golang编译器提供的一个语法糖。

下面通过汇编来看一下
这次我们不是对深入分析golang的汇编,只是从汇编层面,验证我们之前结论(golang函数多返回问题)
所以,不会死磕plan9汇编语法,说实话,plan9的很多知识我也不懂,大学没开过汇编的课程,这些东西都是因为兴趣自学的。

golang用的是plan9汇编,看plan9之前,先了解一下plan9的几个概念

go汇编中有4个伪寄存器

  • FP: Frame pointer,指向栈底位置,一般用来引用函数的输入参数,用来访问函数的参数
  • PC: Program counter: 程序计数器,用于分支和跳转
  • SB: Static base pointer: 一般用于声明函数或者全局变量
  • SP: Stack pointer:指向当前栈帧的局部变量的开始位置(栈顶位置),一般用来引用函数的局部变量

我们用这段代码进行汇编

package main

func main() {
    one(3)
}

func one(a int) (int, int) {
    return a, a + 5
}

使用 go tool compile -N -l -S main.go 得到汇编代码

"".main STEXT nosplit size=2 args=0x0 locals=0x0
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:3)      TEXT    "".main(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $0-0
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:3)      FUNCDATA        $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:3)      FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:3)      FUNCDATA        $3, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:4)      PCDATA  $2, $0
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:4)      PCDATA  $0, $0
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:4)      XCHGL   AX, AX
        0x0001 00001 (<unknown line number>)    RET
        0x0000 90 c3                                            ..
"".one STEXT nosplit size=20 args=0x18 locals=0x0
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:7)      TEXT    "".one(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $0-24
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:7)      FUNCDATA        $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:7)      FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:7)      FUNCDATA        $3, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8)      PCDATA  $2, $0
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8)      PCDATA  $0, $0
        0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8)      MOVQ    "".a+8(SP), AX
        0x0005 00005 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8)      MOVQ    AX, "".~r1+16(SP)
        0x000a 00010 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8)      ADDQ    $5, AX
        0x000e 00014 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8)      MOVQ    AX, "".~r2+24(SP)
        0x0013 00019 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8)      RET
        0x0000 48 8b 44 24 08 48 89 44 24 10 48 83 c0 05 48 89  H.D$.H.D$.H...H.
        0x0010 44 24 18 c3                                      D$..

我只截取了和main,one函数相关的部分
TEXT "".one(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $0-24这行最后, $0-24 的含义,0代表one函数的栈帧大小(局部变量+可能需要的额外调用函数的参数空间的总大小),因为one函数中没有额外开销,所有大小是0,24是传入参数和返回值的大小,单位是字节。传入的参数和返回值都是int,在64位机器上,大小是8个字节,64位。

简单画一下栈的示意图

看一下这句0x0000 00000 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8) MOVQ "".a+8(SP), AX
SP寄存器指向的是栈顶的位置,AX 是一个通用寄存器
MOVQ指令 把 参数a 也就是(SP+8)的值搬到AX中


0x0005 00005 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8) MOVQ AX, "".~r1+16(SP)
同样,把AX中的值搬到r1(返回值b)


0x000a 00010 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8) ADDQ $5, AX
ADDQ指令把AX值+5

0x000e 00014 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8) MOVQ AX, "".~r2+24(SP)
最后把AX的值搬到r2(返回值c)

0x0013 00019 (C:\Users\bruce\Desktop\go\main.go:8) RET
最后RET指令,one函数结束

总结

通过对golang进行汇编,真实了之前的结论

golang函数的多返回值不是通过寄存器传递,使用过使用调用值提供的地址,赋值实现的

先写这些吧,我也是刚接触golang的汇编,文中如有不正确的地方,还请在评论区指出


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