pascal call convention in c - 3 questions

test env:

• in ubuntu 10.04 64bit, but the test code is 32bit
• intel x86

gcc 無法提供 pascal call convention, 我用了 open watcom 來測試 pascal call convention。

a.c

 #include <stdio.h>
 
 __declspec(__cdecl) int foo1(int a, int b)
 {
   a+=1;
   return a;
 }
 
 __declspec(__pascal) int foo2(int a, int b)
 {
   a+=1;
   return a;
 }
 
 __declspec(__cdecl) int foo3(int a, ...)
 {
   a+=1;
   return a;
 }
 
 __declspec(__pascal) int foo4(int a, ...)
 {
   a+=1;
   return a;
 }
 
 int main(int argc, const char *argv[])
 {
   int x=-1;
 
   x=foo3(1, 2, 3);
   printf("x=%d\n", x);
   x=foo4(1, 2, 3);
   printf("x=%d\n", x);
   x=foo1(1, 2);
   printf("x=%d\n", x);
   x=foo2(1, 2);
   printf("x=%d\n", x);
   return 0;
 }

編譯指令：

wcl386 -c -s -d1 a.c 
wcl386 a.o

執行結果

x=2
x=4
x=2
x=2

a.dis

 a:     file format elf32-i386
 
 Disassembly of section .text:
 
 08048110 <_foo1>:
  8048110: 8b 44 24 04           mov    0x4(%esp),%eax
  8048114: 40                    inc    %eax
  8048115: c3                    ret    
 
 08048116 <FOO2>:
  8048116: 8b 44 24 08           mov    0x8(%esp),%eax
  804811a: 40                    inc    %eax
  804811b: c2 08 00              ret    $0x8
 
 0804811e <_foo3>:
  804811e: 8b 44 24 04           mov    0x4(%esp),%eax
  8048122: 40                    inc    %eax
  8048123: c3                    ret    
 
 08048124 <FOO4>:
  8048124: 8b 44 24 04           mov    0x4(%esp),%eax
  8048128: 40                    inc    %eax
  8048129: c3                    ret    
 
 0804812a <main_>:
  804812a: 53                    push   %ebx
  804812b: 51                    push   %ecx
 
  804812c: 6a 03                 push   $0x3
  804812e: 6a 02                 push   $0x2
  8048130: 6a 01                 push   $0x1
  8048132: e8 e7 ff ff ff        call   804811e <_foo3>
  8048137: 83 c4 0c              add    $0xc,%esp
 
  804813a: 50                    push   %eax
  804813b: 68 04 b0 04 08        push   $0x804b004
  8048140: e8 5b 00 00 00        call   80481a0 <printf_>
  8048145: 83 c4 08              add    $0x8,%esp
 
  8048148: 6a 01                 push   $0x1
  804814a: 6a 02                 push   $0x2
  804814c: 6a 03                 push   $0x3
  804814e: e8 d1 ff ff ff        call   8048124 <FOO4>
  8048153: 83 c4 0c              add    $0xc,%esp
 
  8048156: 50                    push   %eax
  8048157: 68 04 b0 04 08        push   $0x804b004
  804815c: e8 3f 00 00 00        call   80481a0 <printf_>
  8048161: 83 c4 08              add    $0x8,%esp
 
  8048164: 6a 02                 push   $0x2
  8048166: 6a 01                 push   $0x1
  8048168: e8 a3 ff ff ff        call   8048110 <_foo1>
  804816d: 83 c4 08              add    $0x8,%esp
 
  8048170: 50                    push   %eax
  8048171: 68 04 b0 04 08        push   $0x804b004
  8048176: e8 25 00 00 00        call   80481a0 <printf_>
  804817b: 83 c4 08              add    $0x8,%esp
 
  804817e: 6a 01                 push   $0x1
  8048180: 6a 02                 push   $0x2
  8048182: e8 8f ff ff ff        call   8048116 <FOO2>
 
  8048187: 50                    push   %eax
  8048188: 68 04 b0 04 08        push   $0x804b004
  804818d: e8 0e 00 00 00        call   80481a0 <printf_>
  8048192: 83 c4 08              add    $0x8,%esp
 
  8048195: 31 c0                 xor    %eax,%eax
  8048197: 59                    pop    %ecx
  8048198: 5b                    pop    %ebx
  8048199: c3                    ret    

先來看看什麼是 c call convention:

1. 由右到左傳入 function 的參數; 所以 a.c L35 x=foo1(1, 2); 對應到 a.dis L51 ~ L54 (push $2, push $1)
2. 由呼叫者清除堆疊; 所以 call foo1 之後, 要把 %esp 加回 8

再來看看什麼是 pascal call convention:

1. 由左到右傳入 function 的參數; 所以 a.c L37 x=foo2(1, 2); 對應到 a.dis L61 ~ L63 (push $1, push $2)
2. 由被呼叫者清除堆疊; 所以 a.dis L13 ret $8。

這很容易理解, 最主要我想討論三個問題:

1. 為什麼 pascal call convention 效率好?
2. 為什麼 pascal call convention 由被呼叫者清堆疊? c call convention 為什麼不能由被呼叫者清堆疊?
3. 為什麼 pascal call convention 不能支援不定個數參數?

Q3:
為什麼 pascal call convention 不能支援不定個數參數?

從 a.dis L21 可得到 foo4 的參數 a 是 3, 並不是 1, 是因為編譯器產生的是 mov 0x4(%esp),%eax 所以不能得到第1個參數 a 嗎？編譯器只要產生 mov 0xc(%esp),%eax 不就可以得到 a 了, 為什麼不是這樣呢？

因為:

對於

x=foo4(1, 2, 3);
x=foo4(1, 2, 3, 4, 5);

編譯器無法同時產生

mov 0xc(%esp),%eax
mov 0x14(%esp),%eax

來得到 a, 對於一個 foo4() 只能產生同一種組合語言, 所以只好產生

mov    0x4(%esp),%eax

來得到第1個參數, 這也就會需要由右到左傳入 function 的參數。


Q2:
為什麼 pascal call convention 由被呼叫者清堆疊? c call convention 為什麼不能由被呼叫者清堆疊?

因為只能產生同一份組合語言, 這樣的 code ret $8 一定要固定。

x=foo4(1, 2, 3);
x=foo4(1, 2, 3, 4, 5);

對於這樣的程式碼來說,不能產生 return $12 又產生 return $20。
所以 pascal call convention 在不定個數參數下無法使用。
c call convention 在不使用不定個數參數下也可以由被呼叫者清除堆疊。

Q1
為什麼 pascal call convention 效率好?

ref: http://en.wikipedia.org/wiki/X86_calling_conventions#Callee_clean-up

When the callee cleans the arguments from the stack it needs to be known at
compile time how many bytes the stack needs to be adjusted. Therefore, these
calling conventions are not compatible with variable argument lists, e.g.
printf(). They may be, however, more space efficient, as the code needed to
unwind the stack does not need to be generated for each call.

因為看到 pascal call convention 效率會比較好 (不記得在那看到的), 看了 wiki, 應該是指 space efficient, 不是速度上的快。

Q1, Q2:
我看不出來 pascal call convention 效率好, 也看不出來為什麼 c call convention 不能由被呼叫者清堆疊?編譯器可以產生 push $1, push $2, 應該可以得知 ret $8, 和由右到左傳入或是由左到右傳入有什麼差異?

感謝 ptt LPH66 的回應:
http://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1353294706.A.6B4.html