Pourquoi ARM dit que "Un registre de liens prend en charge les appels de fonction feuille rapides"

Question

J'ai récemment rencontré les concepts de registre de lien et de fonctions de feuille.

Je comprends des précédentes lectures de SO que le LR indique où le code était précédemment pendant l'exécution. J'ai aussi appris qu'une fonction feuille est une fonction qui arrive à la fin de la hiérarchie des appels de fonction.

Le ARM wikipedia page says:

Un registre de liaison prend en charge les appels de fonction de feuille rapide.

Pourquoi cette affirmation est-elle vraie? J'ai regardé l'ARMARM (Architecture Reference Manual), et les informations sur le registre de liaison sont minimes.

Answer 1

Sur certaines architectures (telles que x86, x86_64), l'adresse de retour d'une fonction est toujours stockée sur la pile et l'appel d'une fonction implique l'accès à la mémoire principale:

• une écriture à la pile lorsque appel;

• une lecture de la pile au retour.

En revanche, si votre architecture/ABI peut sauter/retour sans utiliser la mémoire principale et les paramètres et les valeurs de retour du callee peuvent être transmis dans les registres ainsi, l'appel et revenir à/de fonctions de feuilles peut être fait sans impliquer la RAM.

Si la fonction de feuille est assez simple, il peut exécuter sans toucher RAM du tout:

int callee(int a, int b) 
{ 
    return a + b; 
} 

int caller(int a, int b, int c, int d) 
{ 
    return callee(a,b) + calle(c,d); 
} 

donne (chaque fonction compilée séparément par clang -target arm-eabi -S -o- -O3):

callee: 
    add r0, r1, r0 
    bx lr 
caller: 
    .save {r4, r5, r6, r10, r11, lr} 
    push {r4, r5, r6, r10, r11, lr} 
    .setfp r11, sp, #16 
    add r11, sp, #16 
    mov r4, r3 
    mov r5, r2 
    bl callee 
    mov r6, r0 
    mov r0, r5 
    mov r1, r4 
    bl callee 
    add r0, r0, r6 
    pop {r4, r5, r6, r10, r11, lr} 
    bx lr 

Remarquez comment nous pouvons éviter accéder à la mémoire dans le noyau de caller et dans calee.

Answer 2

La raison est que cela signifie que lors de l'appel de la fonction feuille, l'adresse de retour n'a pas besoin d'être poussée dans la pile (puisqu'elle est stockée dans le registre de liaison). Cela est supposé être plus rapide que de pousser l'adresse de retour vers la pile comme vous le faites dans les processeurs qui n'ont pas de registre de lien (mais ce n'est pas certain que c'est en fait plus rapide).

Cependant, dans certaines situations, la fonction feuille doit enregistrer des données dans la pile. Par exemple, une fonction feuille avec de nombreuses variables peut avoir besoin d'utiliser la pile pour les stocker ou pour enregistrer le registre de liaison pour libérer des registres temporaires.