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synced 2025-05-24 04:22:22 +00:00
commit
41d0c2deb9
@ -1,6 +1,6 @@
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# 3.6. 再论函数
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在前面的章节中我们已经简单讨论过Go的汇编函数,但是那些主要是叶子函数。叶子函数的最大特点是不会调用其他函数,也就是栈的大小是可以预期的,叶子函数也就是可以基本忽略爆栈的问题(如果已经爆了,那也是上级函数的问题)。如果没有爆栈问题,那么也就是不会有栈的分裂问题;如果没有栈的分裂也就不需要移动栈上的指针,也就不会有栈上指针管理的问题。但是是现实中Go语言的函数是可以任意深度调用的,永远不用担心爆栈的风险。那么这些近似黑科技的特殊是如何通过低级的汇编语言实现的呢?这些都是本节尝试讨论的问题。
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在前面的章节中我们已经简单讨论过Go的汇编函数,但是那些主要是叶子函数。叶子函数的最大特点是不会调用其他函数,也就是栈的大小是可以预期的,叶子函数也就是可以基本忽略爆栈的问题(如果已经爆了,那也是上级函数的问题)。如果没有爆栈问题,那么也就是不会有栈的分裂问题;如果没有栈的分裂也就不需要移动栈上的指针,也就不会有栈上指针管理的问题。但是是现实中Go语言的函数是可以任意深度调用的,永远不用担心爆栈的风险。那么这些近似黑科技的特性是如何通过低级的汇编语言实现的呢?这些都是本节尝试讨论的问题。
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## 递归函数: 1到n求和
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@ -16,7 +16,7 @@ func sum(n int) int {
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}
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```
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然后通过if/goto构型重新上面的递归函数,以便于转义为汇编版本:
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然后通过if/goto重构上面的递归函数,以便于转义为汇编版本:
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```go
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func sum(n int) (result int) {
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@ -40,7 +40,7 @@ L_END:
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}
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```
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在改写之后,递归调用的参数需要引入局部变量,保存中间结果也需要引入局部变量。而通过栈来保存中间的调用状态正是递归函数的核心。因为输入参数也在栈上,因为我们可以通过输入参数来保存少量的状态。同时我们模拟定义了AX和BX寄存器,寄存器在使用前需要初始化,并且在函数调用后也需要重新初始化。
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在改写之后,递归调用的参数需要引入局部变量,保存中间结果也需要引入局部变量。而通过栈来保存中间的调用状态正是递归函数的核心。因为输入参数也在栈上,所以我们可以通过输入参数来保存少量的状态。同时我们模拟定义了AX和BX寄存器,寄存器在使用前需要初始化,并且在函数调用后也需要重新初始化。
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下面继续改造为汇编语言版本:
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@ -72,13 +72,13 @@ L_END:
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在汇编版本函数中并没有定义局部变量,只有用于调用自身的临时栈空间。因为函数本身的参数和返回值有16个字节,因此栈帧的大小也为16字节。L_STEP_TO_END标号部分用于处理递归调用,是函数比较复杂的部分。L_END用于处理递归终结的部分。
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调用sum函数的参数在`0(SP)`位置,调用结束后的返回值在`8(SP)`位置。在函数调用之后要需要重新为需要的寄存器注入值,因为被调用的函数内部很可能会破坏了寄存器的状态。同时调用函数的参数值也可信任的,输入参数也可能在被调用函数内部被修改了值。
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调用sum函数的参数在`0(SP)`位置,调用结束后的返回值在`8(SP)`位置。在函数调用之后要需要重新为需要的寄存器注入值,因为被调用的函数内部很可能会破坏了寄存器的状态。同时调用函数的参数值也是不可信任的,输入参数值也可能在被调用函数内部被修改了。
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总得来说用汇编实现递归函数和普通函数并没有什么区别,当然是在没有考虑爆栈的前提下。我们的函数应该可以对较小的n进行求和,但是当n大到一定层度,也就是栈达到一定的深度,必然会出现爆栈的问题。爆栈是C语言的特性,不应该在哪怕是Go汇编语言中出现。
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总得来说用汇编实现递归函数和普通函数并没有什么区别,当然是在没有考虑爆栈的前提下。我们的函数应该可以对较小的n进行求和,但是当n大到一定程度,也就是栈达到一定的深度,必然会出现爆栈的问题。爆栈是C语言的特性,不应该在哪怕是Go汇编语言中出现。
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## 栈的扩容和收缩
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Go语言的编译器在生成函数的机器代码时,会在开头插入以小段代码。插入的代码可以做很多事情,包括触发runtime.Gosched进行协作式调度,还包括栈的动态增长等。其实栈等扩容工作主要在runtime包的runtime·morestack_noctxt函数实现,这是一个底层函数,只有汇编层面才可以调用。
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Go语言的编译器在生成函数的机器代码时,会在开头插入一小段代码。插入的代码可以做很多事情,包括触发runtime.Gosched进行协作式调度,还包括栈的动态增长等。其实栈等扩容工作主要在runtime包的runtime·morestack_noctxt函数中实现,这是一个底层函数,只有汇编层面才可以调用。
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在新版本的sum汇编函数中,我们在开头和末尾都引入了部分代码:
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@ -102,7 +102,7 @@ L_MORE_STK:
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其中NO_LOCAL_POINTERS表示没有局部指针。因为新引入的代码可能导致调用runtime·morestack_noctxt函数,而栈的扩容必然要涉及函数参数和局部编指针的调整,如果缺少局部指针信息将导致扩容工作无法进行。不仅仅是栈的扩容需要函数的参数和局部指针标记表格,在GC进行垃圾回收时也将需要。函数的参数和返回值的指针状态可以通过在Go语言中的函数声明中获取,函数的局部变量则需要手工指定。因为手工指定指针表格是一个非常繁琐的工作,因此一般要避免在手写汇编中出现局部指针。
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喜欢深究的读者可能会有一个问题:如果进行垃圾回收或栈调整时,寄存器中的指针时如何维护的?前文说过,Go语言的函数调用时通过栈进行传递参数的,并没有使用寄存器传递参数。同时函数调用之后所有的寄存器视为失效。因此在调整和维护指针时,只需要扫描内存中的指针数据,寄存器中的数据在垃圾回收器函数返回后都需要重新加载,因此寄存器是不需要扫描的。
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喜欢深究的读者可能会有一个问题:如果进行垃圾回收或栈调整时,寄存器中的指针是如何维护的?前文说过,Go语言的函数调用是通过栈进行传递参数的,并没有使用寄存器传递参数。同时函数调用之后所有的寄存器视为失效。因此在调整和维护指针时,只需要扫描内存中的指针数据,寄存器中的数据在垃圾回收器函数返回后都需要重新加载,因此寄存器是不需要扫描的。
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在Go语言的Goroutine实现中,每个TlS线程局部变量会保存当前Goroutine的信息结构体的指针。通过`MOVQ TLS, CX`和`MOVQ 0(CX)(TLS*1), AX`两条指令将表示当前Goroutine信息的g结构体加载到CX寄存器。g结构体在`$GOROOT/src/runtime/runtime2.go`文件定义,开头的结构成员如下:
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@ -135,9 +135,9 @@ type stack struct {
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}
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```
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在g结构体中的stackguard0成员是出现爆栈前的警戒线。stackguard0的偏移量是16个字节,因此上述代码中的`CMPQ SP, 16(AX)`表示将当前的真实SP和爆栈警戒线比较,如果超出警戒线则表示需要进行栈扩容,也就是跳转到L_MORE_STK。在L_MORE_STK标号处,线调用runtime·morestack_noctxt进行栈扩容,然后又跳回到函数到开始位置,此时此刻函数到栈已经调整了。然后再进行一次栈大小到检测,如果依然不足则继续扩容,直到栈足够大为止。
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在g结构体中的stackguard0成员是出现爆栈前的警戒线。stackguard0的偏移量是16个字节,因此上述代码中的`CMPQ SP, 16(AX)`表示将当前的真实SP和爆栈警戒线比较,如果超出警戒线则表示需要进行栈扩容,也就是跳转到L_MORE_STK。在L_MORE_STK标号处,线调用runtime·morestack_noctxt进行栈扩容,然后又跳回到函数到开始位置,此时此刻函数的栈已经调整了。然后再进行一次栈大小的检测,如果依然不足则继续扩容,直到栈足够大为止。
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以上是栈的扩容,但是栈到收缩是在何时处理到呢?我们知道Go运行时会定期进行垃圾回收操作,这其中栈的回收工作。如果栈使用到比例小于一定到阈值,则分配一个较小到栈空间,然后将栈上面到数据移动到新的栈中,栈移动的过程和栈扩容的过程类似。
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以上是栈的扩容,但是栈到收缩是在何时处理到呢?我们知道Go运行时会定期进行垃圾回收操作,这其中包含栈的回收工作。如果栈使用到比例小于一定到阈值,则分配一个较小到栈空间,然后将栈上面到数据移动到新的栈中,栈移动的过程和栈扩容的过程类似。
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## PCDATA和FUNCDATA
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