第5篇-調用Java方法後彈出棧幀及處理返回結果
- 2021 年 8 月 14 日
- 筆記
在前一篇 第4篇-JVM終於開始調用Java主類的main()方法啦 介紹了通過callq調用entry point，不過我們並沒有看完generate_call_stub()函數的實現。接下來在generate_call_stub()函數中會處理調用Java方法後的返回值，同時還需要執行退棧操作，也就是將棧恢復到調用Java方法之前的狀態。調用之前是什麼狀態呢？在 第2篇-JVM虛擬機這樣來調用Java主類的main()方法 中介紹過，這個狀態如下圖所示。
generate_call_stub()函數接下來的程式碼實現如下：
// 保存方法調用結果依賴於結果類型，只要不是T_OBJECT, T_LONG, T_FLOAT or T_DOUBLE，都當做T_INT處理 // 將result地址的值拷貝到c_rarg0中，也就是將方法調用的結果保存在rdi暫存器中，注意result為函數返回值的地址 __ movptr(c_rarg0, result); Label is_long, is_float, is_double, exit; // 將result_type地址的值拷貝到c_rarg1中，也就是將方法調用的結果返回的類型保存在esi暫存器中 __ movl(c_rarg1, result_type); // 根據結果類型的不同跳轉到不同的處理分支 __ cmpl(c_rarg1, T_OBJECT); __ jcc(Assembler::equal, is_long); __ cmpl(c_rarg1, T_LONG); __ jcc(Assembler::equal, is_long); __ cmpl(c_rarg1, T_FLOAT); __ jcc(Assembler::equal, is_float); __ cmpl(c_rarg1, T_DOUBLE); __ jcc(Assembler::equal, is_double); // 當邏輯執行到這裡時，處理的就是T_INT類型， // 將rax中的值寫入c_rarg0保存的地址指向的記憶體中 // 調用函數後如果返回值是int類型，則根據調用約定 // 會存儲在eax中 __ movl(Address(c_rarg0, 0), rax); __ BIND(exit); // 將rsp_after_call中保存的有效地址拷貝到rsp中，即將rsp往高地址方向移動了， // 原來的方法調用實參argument 1、...、argument n， // 相當於從棧中彈出，所以下面語句執行的是退棧操作 __ lea(rsp, rsp_after_call); // lea指令將地址載入到暫存器中
這裡我們要關注result和result_type，result在調用call_helper()函數時就會傳遞，也就是會指示call_helper()函數將調用Java方法後的返回值存儲在哪裡。對於類型為JavaValue的result來說，其實在調用之前就已經設置了返回類型，所以如上的result_type變數只需要從JavaValue中獲取結果類型即可。例如，調用Java主類的main()方法時，在jni_CallStaticVoidMethod()函數和jni_invoke_static()函數中會設置返回類型為T_VOID，也就是main()方法返回void。
生成的彙編程式碼如下：
mov -0x28(%rbp),%rdi // 棧中的-0x28位置保存result mov -0x20(%rbp),%esi // 棧中的-0x20位置保存result type cmp $0xc,%esi // 是否為T_OBJECT類型 je 0x00007fdf450007f6 cmp $0xb,%esi // 是否為T_LONG類型 je 0x00007fdf450007f6 cmp $0x6,%esi // 是否為T_FLOAT類型 je 0x00007fdf450007fb cmp $0x7,%esi // 是否為T_DOUBLE類型 je 0x00007fdf45000801
mov %eax,(%rdi) // 如果是T_INT類型，直接將返回結果%eax寫到棧中-0x28(%rbp)的位置 // -- exit -- lea -0x60(%rbp),%rsp // 將rsp_after_call的有效地址拷到rsp中
為了讓大家看清楚，我貼一下在調用Java方法之前的棧幀狀態，如下：
由圖可看到-0x60(%rbp)地址指向的位置，恰好不包括調用Java方法時壓入的實際參數argument word 1 … argument word n。所以現在rbp和rsp就是圖中指向的位置了。
接下來恢復之前保存的caller-save暫存器，這也是調用約定的一部分，如下：
__ movptr(r15, r15_save); __ movptr(r14, r14_save); __ movptr(r13, r13_save); __ movptr(r12, r12_save); __ movptr(rbx, rbx_save); __ ldmxcsr(mxcsr_save);
生成的彙編程式碼如下：
mov -0x58(%rbp),%r15 mov -0x50(%rbp),%r14 mov -0x48(%rbp),%r13 mov -0x40(%rbp),%r12 mov -0x38(%rbp),%rbx ldmxcsr -0x60(%rbp)
在彈出了為調用Java方法保存的實際參數及恢復caller-save暫存器後，繼續執行退棧操作，實現如下：
// restore rsp __ addptr(rsp, -rsp_after_call_off * wordSize); // return __ pop(rbp); __ ret(0);
生成的彙編程式碼如下：
// %rsp加上0x60，也就是執行退棧操作，也就相當於彈出了callee_save暫存器和壓棧的那6個參數 add $0x60,%rsp pop %rbp // 方法返回，指令中的q表示64位操作數，就是指的棧中存儲的return address是64位的 retq
記得在之前 第3篇-CallStub新棧幀的創建時，通過如下的彙編完成了新棧幀的創建：
push %rbp mov %rsp,%rbp sub $0x60,%rsp
現在要退出這個棧幀時要在%rsp指向的地址加上$0x60，同時恢復%rbp的指向。然後就是跳轉到return address指向的指令繼續執行了。
為了方便大家查看，我再次給出了之前使用到的圖片，這個圖是退棧之前的圖片：
退棧之後如下圖所示。
至於paramter size與thread則由JavaCalls::call_hlper()函數負責釋放，這是C/C++調用約定的一部分。所以如果不看這2個參數，我們已經完全回到了本篇給出的第一張圖表示的棧的樣子。
上面這些圖片大家應該不陌生才對，我們在一步步創建棧幀時都給出過，現在怎麼創建的就會怎麼退出。
之前介紹過，當Java方法返回int類型時（如果返回char、boolean、short等類型時統一轉換為int類型），根據Java方法調用約定，這個返回的int值會存儲到%rax中；如果返回對象，那麼%rax中存儲的就是這個對象的地址，那後面到底怎麼區分是地址還是int值呢？答案是通過返回類型區分即可；如果返回非int，非對象類型的值呢？我們繼續看generate_call_stub()函數的實現邏輯：
// handle return types different from T_INT __ BIND(is_long); __ movq(Address(c_rarg0, 0), rax); __ jmp(exit); __ BIND(is_float); __ movflt(Address(c_rarg0, 0), xmm0); __ jmp(exit); __ BIND(is_double); __ movdbl(Address(c_rarg0, 0), xmm0); __ jmp(exit);
對應的彙編程式碼如下：
// -- is_long -- mov %rax,(%rdi) jmp 0x00007fdf450007d4 // -- is_float -- vmovss %xmm0,(%rdi) jmp 0x00007fdf450007d4 // -- is_double -- vmovsd %xmm0,(%rdi) jmp 0x00007fdf450007d4
當返回long類型時也存儲到%rax中，因為Java的long類型是64位，我們分析的程式碼也是x86下64位的實現，所以%rax暫存器也是64位，能夠容納64位數；當返回為float或double時，存儲到%xmm0中。
統合這一篇和前幾篇文章，我們應該學習到C/C++的調用約定以及Java方法在解釋執行下的調用約定（包括如何傳遞參數，如何接收返回值等），如果大家不明白，多讀幾遍文章就會有一個清晰的認識。
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