ASM-ARM64
ここではAArch64のプロシージャ呼び出し規約（AAPCS64）における、整数・ポインタ引数の基本を扱う。macOSにはAAPCS64を基にした固有規則もあるが、この範囲では共通だ。
第1〜8引数はx0〜x7（32ビットの値ならw0〜w7）に渡り、9個目以降は通常スタック側に渡る。
浮動小数点値やベクトル値は主にv0〜v7を使う。構造体や可変長引数には別の規則があり、「ARM64なら必ず8個」とは限らない。
Cのコードで確認
#include <stdio.h>
// 引数が 8 個ある関数
int add_all(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g, int h) {
int sum = a + b + c + d + e + f + g + h;
return sum; // breakpoint
}
int main(void) {
int result = add_all(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
printf("Result: %d\n", result);
return 0;
}macOSではApple Clangで最適化をオフ、デバッグ情報をオンにしてコンパイルする。
環境によってはgccがclangの互換名だが、ここではclangを使う。
$ clang -g -O0 demo.c -o demoデバッガにはmacOS標準のLLDBを使う。
$ lldb ./demo
(lldb) b add_all
(lldb) r(lldb) b add_all
Breakpoint 1: where = demo`add_all + 36 at demo.c:5:15, address = 0x0000000100000484
(lldb) r
Process 5137 launched: '/path/to/demo' (arm64)
Process 5137 stopped
* thread #1, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = breakpoint 1.1
frame #0: 0x0000000100000484 demo`add_all(a=1, b=2, c=3, d=4, e=5, f=6, g=7, h=8) at demo.c:5:15
2
3 // 引数が 8 個ある関数
4 int add_all(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g, int h) {
-> 5 int sum = a + b + c + d + e + f + g + h;
6 return sum; // breakpoint
7 }
8
Target 0: (demo) stopped.ブレークポイントを置き、disassembleで生成された命令を確認する。Apple SiliconはAArch64なので、命令はx86-64と異なる。
Apple Silicon向けのコンパイル例。-O0では、引数をいったんスタックへ退避する。
(lldb) disassemble
demo`add_all:
0x100000460 <+0>: sub sp, sp, #0x30
0x100000464 <+4>: str w0, [sp, #0x2c]
0x100000468 <+8>: str w1, [sp, #0x28]
0x10000046c <+12>: str w2, [sp, #0x24]
0x100000470 <+16>: str w3, [sp, #0x20]
0x100000474 <+20>: str w4, [sp, #0x1c]
0x100000478 <+24>: str w5, [sp, #0x18]
0x10000047c <+28>: str w6, [sp, #0x14]
0x100000480 <+32>: str w7, [sp, #0x10]
-> 0x100000484 <+36>: ldr w8, [sp, #0x2c]
0x100000488 <+40>: ldr w9, [sp, #0x28]
0x10000048c <+44>: add w8, w8, w9
0x100000490 <+48>: ldr w9, [sp, #0x24]
0x100000494 <+52>: add w8, w8, w9
0x100000498 <+56>: ldr w9, [sp, #0x20]
0x10000049c <+60>: add w8, w8, w9
0x1000004a0 <+64>: ldr w9, [sp, #0x1c]
0x1000004a4 <+68>: add w8, w8, w9
0x1000004a8 <+72>: ldr w9, [sp, #0x18]
0x1000004ac <+76>: add w8, w8, w9
0x1000004b0 <+80>: ldr w9, [sp, #0x14]
0x1000004b4 <+84>: add w8, w8, w9
0x1000004b8 <+88>: ldr w9, [sp, #0x10]
0x1000004bc <+92>: add w8, w8, w9
0x1000004c0 <+96>: str w8, [sp, #0xc]
0x1000004c4 <+100>: ldr w0, [sp, #0xc]
0x1000004c8 <+104>: add sp, sp, #0x30
0x1000004cc <+108>: retメモリ確保の話
(高) 0x100000000 [ 誰かが使っている領域 ]
^ [ 誰かが使っている領域 ]
| 0x00001030 SP -----> [ 呼び出し元の位置 ] ← 高い
| | (引き算で移動)
| v
(低) 0x00001000 SP -----> [ 新しい位置 ] ← 低い変数用の領域を確保するため、sp（stack pointer）を引き下げ、ここまでスタックを使うと示す。
sub sp, sp, #0x30subはsubtract（引き算）を表す。
sub [命令先（Destination Register）], [元データ（Source Register）], [即値（Immediate）]なので、ここではsp = sp - 48（0x30）と同じ意味だ。
a〜hとsumの9個のintは合計36B。スタック領域はABIの整列条件も満たす必要がある。
なぜ48B確保するのか
Q. #0x30（48B）確保したのに36Bしか使っていない?
A. AAPCS64では、スタックポインタspを16バイト境界に保つ。
この例では、36Bのローカル領域を16の倍数に切り上げ、48B（36Bのデータ＋12Bの余白）を確保する。48BはARM64の一般則ではなく、このコンパイル例のフレーム配置による。
なお、AArch64の非整列アクセスがすべてAlignment Faultになるわけではない。spの整列条件とスタックフレームのサイズを混同しないことがポイントだ。
データの書き込み
str w0,[sp, #0x2c]
str w1,[sp, #0x28]
str w2,[sp, #0x24]
...strはstore（書き込み）を表す。
str [元データとなるレジスタ（Source Register）], [書き込み先]で、書き込み先にはアドレッシングモードを使う。
[基準となるアドレス（Base Register）, 基準からの距離（Immediate Offset）]の形式だ。
str w0, [sp, #0x2c]なら、sp + 0x2c（44）のアドレスにw0の32ビット（4B）を保存する。intが4Bなので、オフセットも4ずつ移動する。
データの読み込み
w0〜w7をスタックに書き込んだら、次に計算する。
ldr w8, [sp, #0x2c]
ldr w9, [sp, #0x28]ldrはLoad（読み込み）で、strの逆だ。
ldr [書き込み先のレジスタ（Destination Register）], [読み込み元]の形式だ。読み込みにもベースとオフセットを使う。
計算する
add w8, w8, w9addは足し算だ。
add [演算結果の格納先レジスタ（Destination Register）], [加える値のレジスタ1（First Source Register）], [加える値のレジスタ2（Second Source Register）]の形式だ。
w8 = w8 + w9と同じなので、以降はw9にspから値をロードし、w8に加える作業が続く。
返り値
AArch64では、32ビット整数の返り値をw0（64ビット値ならx0）で返す。計算後、str w8, [sp, #0xc]でsumに移し、ldr w0, [sp, #0xc]でw0に戻す。
add sp, sp, #0x30でスタック領域を解放し、retで呼び出し元へ戻る。w0の値が返り値になる。