3. ARM64指令集入门
好，咱们进入第三章。这一章讲的是 ARM64 下的函数调用规矩——AAPCS64。说白了，就是编译器和你写的汇编代码之间怎么约定「你递东西我接住」的规则。
我记得刚接触 ARM64 时，总觉得寄存器那么多，随便用呗。结果第一次写混合汇编就被坑了——函数返回时寄存器值全乱了。嗯，从那以后我老老实实把 AAPCS64 啃了一遍。
3.1 参数传递规则：寄存器传参 vs 栈传参
ARM64 传参有个核心原则：能放寄存器就不上栈。为什么？因为寄存器访问延迟是纳秒级，栈在 L1 cache 里好歹也是几十纳秒，要是溢出到主存……你想想看，性能差距能到 10 倍以上。
3.1.1 整数/指针参数
前 8 个整数参数（包括指针）依次放入 x0-x7。第 9 个开始压栈。就这么简单。
规则速查表：
| 参数位置 | 传递方式 | 寄存器/栈 |
|---|---|---|
| 第 1-8 个 | 寄存器 | x0 - x7 |
| 第 9 个及以上 | 栈 | SP+0, SP+8, ... |
// C 代码示例
void func(int a1, int a2, int a3, int a4, int a5,
int a6, int a7, int a8, int a9) {
// a1-a8 → x0-x7
// a9 → [SP]
}
我个人习惯在写汇编调用 C 函数前，先数一遍参数个数。超过 8 个？那就得手动调整栈指针了。
3.1.2 浮点参数
浮点数走 v0-v7，规则和整数一样——前 8 个浮点参数用寄存器，多的上栈。但有个坑：浮点和整数寄存器是独立的。如果一个函数既有整数又有浮点参数，它们各自占用自己的前 8 个槽位。
我曾经踩过的坑：
混合参数时，x0-x7 和 v0-v7 是并行使用的。比如 void f(int, double, int, double)，实际占用 x0, v0, x1, v1。不是 x0, x1, x2, x3！
3.1.3 大结构体传参
结构体超过 16 字节？对不起，编译器会偷偷改成传指针。你写的是传值，实际走的是地址。我调试过一个网络协议栈，结构体 64 字节，每次调用 memcpy 拷贝，性能惨不忍睹。改成指针传递后，延迟直接降了 70%。
3.2 返回值传递
返回值的规则更简单：
- 整数/指针：放在
x0 - 浮点数：放在
v0 - 小结构体（≤16 字节）：拆到 x0 和 x1 返回
- 大结构体（>16 字节）：调用者分配空间，把地址作为「隐藏参数」传进去
小技巧：如果你在写性能敏感的代码，尽量让返回值 ≤16 字节。这样能省掉一次内存分配和指针解引用的开销。
3.3 被调用者保存 vs 调用者保存寄存器
这是 AAPCS64 里最容易搞混的部分。我当年面试时就被问倒过。咱们用一张表说清楚：
| 类别 | 寄存器 | 谁负责保存 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| 调用者保存 (Caller-saved) | x0-x15, v0-v15 | 调用者 | 参数传递、临时变量 |
| 被调用者保存 (Callee-saved) | x19-x29, v16-v31 | 被调用者 | 局部变量、帧指针 |
| 特殊用途 | x16-x18, x29, x30, SP, PC | — | IP0/IP1, 帧指针, 链接寄存器 |
为什么这么分？ 说白了就是「谁用谁负责」。调用者保存的寄存器，函数内部随便改，但调用前你得自己备份。被调用者保存的寄存器，函数要用就必须先 push 到栈上，返回前 restore。
我见过不少新手写汇编时，在函数里直接改 x19 却不保存，结果返回后调用者的循环变量全乱了。这种 bug 极难排查，因为不是每次都崩，只在特定寄存器值被使用时才暴露。
3.4 栈帧布局
栈帧是函数调用的「现场记录」。每次调用，栈上会压入一块区域，包含：
- 返回地址（LR，即 x30）
- 上一帧的帧指针（FP，即 x29）
- 被调用者保存的寄存器
- 局部变量
- 参数溢出区（参数超过 8 个时）
标准的栈帧布局长这样：
高地址
+------------------+
| 调用者的栈帧 |
+------------------+ ← 调用者的 SP
| 参数溢出区 | (第 9 个参数开始)
+------------------+
| 局部变量 |
+------------------+
| 被调用者保存寄存器 | (x19-x29, v16-v31)
+------------------+
| 返回地址 (x30) |
+------------------+
| 上一帧 FP (x29) | ← 当前 FP
+------------------+ ← 当前 SP
低地址
我个人习惯在函数入口处统一做栈帧分配：
// 汇编模板
func_name:
stp x29, x30, [sp, #-16]! // 保存 FP 和 LR
mov x29, sp // 设置当前帧指针
sub sp, sp, #64 // 分配局部变量空间 (64 字节)
// ... 函数体 ...
ldp x29, x30, [sp], #16 // 恢复 FP 和 LR
ret
注意：栈指针 SP 必须保持 16 字节对齐。这是 AAPCS64 的硬性要求。违反的话，某些指令（比如 ldp/stp）会触发对齐异常。我曾在一次代码评审中发现同事的栈分配是 #20 字节，当场就指出来了。
3.5 知识结构图
下面这张 SVG 图把 AAPCS64 的核心脉络画出来了，方便你对照记忆：
3.6 实战避坑指南
最后，我把自己这些年踩过的坑总结一下：
- 混合参数顺序：整数和浮点寄存器是并行槽位，不是串行。写汇编时一定要对照函数原型数清楚。
- 大结构体传值：编译器会转成指针，但如果你在 C 里传值，它可能还会做一次拷贝。性能敏感处用指针显式传递。
- SP 对齐：每次分配栈空间时，确保是 16 的倍数。我习惯在函数入口用
stp一次性压入两个寄存器，天然对齐。 - 被调用者保存寄存器：x19-x29 和 v16-v31，用之前必须 push，返回前 pop。少一个都不行。
- 帧指针省略：开启
-fomit-frame-pointer优化后，x29 可能被用作通用寄存器。调试时建议关掉这个选项，否则栈回溯会乱。
嗯，这一章的内容就到这里。AAPCS64 的规则其实不多，但每条都是硬约束。写汇编时多对照这张知识结构图，慢慢就形成肌肉记忆了。