GCC編譯器提供了 -fomit-frame-pointer 和 -fno-omt-frame-pointer 兩個(gè)相對(duì)的編譯選項(xiàng)。

• GCC手冊^[1]里對(duì) -fomit-frame-pointer 的說明：

Omit the frame pointer in functions that don’t need one. This avoids the instructions to save, set up and restore the frame pointer; on many targets it also makes an extra register available.

On some targets this flag has no effect because the standard calling sequence always uses a frame pointer, so it cannot be omitted.

Note that -fno-omit-frame-pointer doesn’t guarantee the frame pointer is used in all functions. Several targets always omit the frame pointer in leaf functions.

Enabled by default at -O1 and higher.

該說明的大意就是如果函數(shù)不需要frame pointer，就不要將frame pointer保留在寄存器中。當(dāng)打開優(yōu)化選項(xiàng)：-O,-O2, -O3, -Os 時(shí)或者對(duì)某些平臺(tái)不打開任何優(yōu)化選項(xiàng)時(shí)，-fomit-frame-pointer會(huì)被默認(rèn)打開，可以通過設(shè)置 -fno-omit-frame-pointer 關(guān)閉 -fomit-frame-pointer。

• 什么是 frame pointer ？

所謂的 frame pointer（FP） 即 stack frame pointer 棧幀指針。每個(gè)進(jìn)程的?？臻g為一幀，F(xiàn)P指向當(dāng)前進(jìn)程?？臻g的棧底（stack bottom）。而 stack pointer（SP） 即堆棧指針，總是指向棧頂（stack top）。

棧幀結(jié)構(gòu)

圖片來源 ^[2]

在多進(jìn)程環(huán)境中，每個(gè)進(jìn)程都有自己的棧空間，但所有進(jìn)程的?？臻g都在同一塊存儲(chǔ)空間，怎么確定各進(jìn)程的棧呢？這就要看FP和SP，F(xiàn)P指向棧底，SP指向棧頂，這樣，一個(gè)進(jìn)程的?？臻g就確定了。

通過回溯棧幀就可以追蹤代碼的調(diào)用過程和調(diào)用時(shí)的參數(shù)。

• -fomit-frame-pointer 對(duì)編譯結(jié)果的影響

GCC 版本 7.5.0 Target X86_64

示例代碼：

int add(int a,int b){
    return a+b;
}
int mul(int a,int b){
    return a*b;
}
int ma(int a,int b,int c){
    return mul(add(a,b),c);
}

關(guān)閉 -fomit-frame-pointer 編譯標(biāo)識(shí)

編譯命令：

-fno-omit-frame-pointer

編譯結(jié)果：^[3]

 add(int, int):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        mov     edx, DWORD PTR [rbp-4]
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-8]
        add     eax, edx
        pop     rbp
        ret
mul(int, int):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        imul    eax, DWORD PTR [rbp-8]
        pop     rbp
        ret
ma(int, int, int):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        mov     DWORD PTR [rbp-12], edx
        mov     edx, DWORD PTR [rbp-8]
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        mov     esi, edx
        mov     edi, eax
        call    add(int, int)
        mov     edx, eax
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-12]
        mov     esi, eax
        mov     edi, edx
        call    mul(int, int)
        leave
        ret

打開 -fomit-frame-pointer 編譯標(biāo)識(shí)

編譯命令：

-fomit-frame-pointer

編譯結(jié)果：^[4]

add(int, int):
        mov     DWORD PTR [rsp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rsp-8], esi
        mov     edx, DWORD PTR [rsp-4]
        mov     eax, DWORD PTR [rsp-8]
        add     eax, edx
        ret
mul(int, int):
        mov     DWORD PTR [rsp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rsp-8], esi
        mov     eax, DWORD PTR [rsp-4]
        imul    eax, DWORD PTR [rsp-8]
        ret
ma(int, int, int):
        sub     rsp, 16
        mov     DWORD PTR [rsp+12], edi
        mov     DWORD PTR [rsp+8], esi
        mov     DWORD PTR [rsp+4], edx
        mov     edx, DWORD PTR [rsp+8]
        mov     eax, DWORD PTR [rsp+12]
        mov     esi, edx
        mov     edi, eax
        call    add(int, int)
        mov     edx, eax
        mov     eax, DWORD PTR [rsp+4]
        mov     esi, eax
        mov     edi, edx
        call    mul(int, int)
        add     rsp, 16
        ret

編譯結(jié)果分析

從上面的編譯結(jié)果中可以看到，是否忽略frame pointer 會(huì)導(dǎo)致編譯生成的匯編代碼有以下的區(qū)別：

func(int, ...):
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        ...
        pop     rbp
        ret

rbp：基址指針寄存器，用于提供堆棧內(nèi)某個(gè)單元的偏移地
rsp：棧頂指針寄存器，提供堆棧棧頂單元的偏移地址

由這一點(diǎn)區(qū)別可以看到，當(dāng)保留frame pointer 時(shí)，首先將保存在rbp寄存器中的FP入棧（push rbp）；然后將rbp寄存器設(shè)置為本函數(shù)的rsp，即：將基址指針指向棧頂指針（mov rbp,rsp）；最后在函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)恢復(fù)rbp（pop rbp）

1. GCC Command Options >> 3.11 Options That Control Optimization ?

2. 《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（第三版）》3.7.1 The Run Time Stack ?

3. https://gcc.godbolt.org/z/e6Wox6jqE ?

4. https://gcc.godbolt.org/z/aovjb5qnv ?