80、【OS】【Nuttx】【启动】caller-saved 和 callee-saved 示例：栈空间对齐
【声明】本博客所有内容均为个人业余时间创作，所述技术案例均来自公开开源项目（如Github，Apache基金会），不涉及任何企业机密或未公开技术，如有侵权请联系删除
背景
接之前 blog
【OS】【Nuttx】【启动】caller-saved 和 callee-saved 示例：栈指针和帧指针（上）
【OS】【Nuttx】【启动】caller-saved 和 callee-saved 示例：栈指针和帧指针（下）
【OS】【Nuttx】【启动】caller-saved 和 callee-saved 示例：r7 寄存器
分析了栈指针和帧指针的一些概念，并演示了栈帧的操作，并解释了为什么选择 r7 寄存器作为帧指针，下面最后再补充点细节
栈空间对齐
首先来回顾下栈空间操作的主要流程
- 调用 push {r7, lr} 保存当前的帧指针（R7）和链接寄存器（LR），进入新的函数（main）时，需要保存旧的帧指针和返回地址，方便函数执行完后可以正确恢复现场并返回到调用者
- 通过 sub sp, sp, #8 指令来减少栈指针的值，实际上是向栈上申请了 8 个字节的空间，这个空间可以用来存储局部变量或者作为临时存储区域，这里的 8 字节是根据函数内部需要保留的数据量来决定，后面会详细讨论这个
- 在函数结尾，通过 adds r7, r7, #8 和 mov sp, r7 来释放之前分配的栈空间，并通过 pop {r7, pc} 恢复先前保存的 r7 寄存器状态，返回控制权到调用者
这里面有个细节，就是 sub sp, sp, #8 指令，这条指令向栈空间上申请了 8 个字节，下面来看下源码
在 main 函数这里，只有一个局部变量 c，在 32 位系统中，理论上只需要 4 个字节的空间，但是却分配了 8 字节空间，这里就涉及到了栈空间对齐，下面看下 AAPCS32 中对 栈空间对齐的官方描述
- Universal stack constraints：所有时间点都必须满足栈指针 4 字节对齐（SP mod 4 == 0）
- Stack constraints at a public interface：在函数调用入口处，还必须额外满足 8 字节对齐（SP mod 8 == 0）
下面再回过头来看刚才的栈空间操作流程，从对齐的视角来分析
- 首先将 r7，lr 进行压栈，r7 和 lr 分别占用两个 4 字节，所以 SP 这里减了一个 8 字节
- 由于只有一个 int 类型的局部变量，本来申请一个 4 字节空间足矣，但是必须要进行 8 字节对齐，所以这里 sub sp, sp, #8 申请了 8 字节空间
同样的，从对齐的视角，再来看 add_func
- 首先将 lr 进行压栈（r7 不用压栈，之前的 blog 【OS】【Nuttx】【启动】caller-saved 和 callee-saved 示例：叶子函数 有分析原因），lr 占 4 字节，所以 SP 减了 4 字节空间
- 申请栈空间时，首先 add_func 里面有两个局部变量 a 和 b 需要存储，a 和 b 都是 int 类型的，都占 4 字节，加起来 8 字节，本来申请 8 字节空间足矣，但是前面压栈时，只压了 4 字节，4 + 8 = 12 字节，还未对齐到 8 字节空间，所以这里需对齐到 12 字节，4 + 12 = 16，所以指令 sub sp, sp, #12 向栈空间上申请了 12 字节内存
先分析到这里，下篇 blog 继续