MacOSXにおけるPowerPCのレジスタとかの役割

PowerPCにはたくさんのレジスタが存在するので、それらに役割づけをしなければ使いづらい。また、関数呼び出しが行われた時に、どのレジスタをスタックに積まねばならないかもわからないと、壊してはいけないデータを壊してしまう可能性もある。MacOSXでは(おそらくほとんどのOSでも)、以下のような役割分担になっている。

スタックを有効に使うために、PowerPC用のスタックフレーム構造が定義されている。スタックフレームは、負の方向に、16byte単位で伸びる。スタックポインタはr1に格納されている。

なお、関数へ入った時にリンクレジスタに格納されていたアドレスが、関数から戻る先である。

なお、もし関数が内部で関数呼び出しを行わない葉の関数で、スタックに対し必要としているメモリサイズが224byteを上回らないのであれば、スタックフレームを構築せずに未使用領域を直接使用してよい。

連結エリア

連結エリアは、スタックポインタ、リンクレジスタ、状態レジスタを保存しておく、サイズが24byteのエリアである。ただし、リンクレジスタと状態レジスタの保存先は呼び出し側関数のスタックフレーム内の連結エリアであり、それらを保存する連結エリアにあるスタックポインタは呼び出し側関数がセットしたものである。

なお、関数内部でリンクレジスタや状態レジスタの内容を変更しないのなら、別に保存する必要はない。

連結エリアの構築と破棄の例を、アセンブラを使って表すと、以下のようになる。

HogeHoge:;関数の先頭
mflrr0;リンクレジスタを保存
stwr0, 8(r1)
mfcrr0;状態レジスタを保存
stwr0, 4(r1)
stwur1, -STACK_FRAME_SIZE(r1);スタックフレームの構築

...;関数内部

lar1, STACK_FRAME_SIZE(r1);スタックフレームの破棄
lwzr0, 4(r1);状態レジスタの内容の復帰
mtcrr0
lwzr0, 8(r1);リンクレジスタの内容の復帰
mtlr0
blr;関数から抜ける

64bitモードでは、リンクレジスタやスタックポインタのサイズが異なるので、連結エリアの構成が異なると思われる。

退避エリア

退避する必要があるレジスタがある場合、この領域に内容を退避すること。

局所変数エリア

局所変数はこの領域に作成すること。

引数エリア

引数エリアは、内部で関数呼び出しを行う関数に必要な領域で、内部で呼び出す関数の中で一番引数が多いものを引数エリアに置いても大丈夫なサイズを確保する必要がある。なお、最低サイズは、r3 ~ r10を格納できるサイズ(32byte)である。

この領域は、主に以下のことに使われる。

• 呼び出した関数が、特定の引数をまた別の関数に渡す場合の退避場所(翻訳による理解が間違っているかもしれない)。
• 引数用レジスタの数に引数が収まりきらない場合の、引数の渡し場所。
• 可変長引数の保存場所。
• デバッグ用のデータ保存領域。

整数やアドレスは、汎用レジスタr3 ~ r10に渡される。

• 引数のサイズが4byte以下の場合でも、汎用レジスタを1つ使う。
• long longのように、サイズが4byteを超える場合は、汎用レジスタを2つ使って与える。
• 引数の合計サイズが最低限の領域のサイズを超える場合、引数エリアを拡張し、そこに格納して渡す。
• 構造体の値渡しは、『構造体のサイズ分』だけの汎用レジスタへ行う。

浮動小数に関しては、単精度でも倍精度でも、浮動小数レジスタf1 ~ f13に渡す。その際、その浮動小数データのサイズ分だけの汎用レジスタを、使用しているものと見なしてとばす。つまり、単精度の場合1つ、倍精度の場合2つの汎用レジスタをとばす。これは汎用レジスタが足りなくなり、引数エリアにはみ出る時でも同じである。

なお、可変長引数をとる関数へ浮動小数を引数として渡す場合、呼び出される関数は、次の引数がどのレジスタに入っているかわからないので、全ての引数を汎用レジスタに渡す。その際、浮動小数は全て倍精度扱いにする。

ベクトルデータは浮動小数と異なり、汎用レジスタをとばす必要はなく、単純にv2 ~ v13に渡される。ただし、ベクトルレジスタが足りなくなった時には、引数エリアを利用せざるを得ない。

関数宣言がされていない関数を呼び出す場合、可変長引数関数に渡す場合と固定長引数関数を渡す場合との、両方の場合を考えて引数を渡す。

固定長引数関数の例：
void fooFunc (int i1, float f1, double d1, short s1, double d2,
unsigned char c1, unsigned short s2, float f2, int i2);

この関数の呼び出しの為に用意する引数エリアは以下の通り。

struct params {
    int                    p_i1;  r3に当てられる
    float                  p_f1;  f1(r4の代わり)
    double                 p_d1;  f2(r5, r6の代わり)
    short                  p_s1;  r7。サイズはintと同じと見なす。
    double                 p_d2;  f3(r8, r9の代わり)
    unsigned char          p_c1;  r10。サイズはintと同じと見なす。
    unsigned short         p_s2;  引数エリアに保存。サイズはintと同じとみなす。
    float                  p_f2;  f4(引数エリアも必要)
    int                    p_i2;  引数エリアに保存。
};

これを引数エリア上で見ると、このようになる。

引数エリアの先頭は、スタックが負の方向に伸びることから、連結エリアに近い方(下の方)ということになる。

• 4byte以下の整数値ならば、r3に入れて返す。long longなどの大きいサイズの整数値の場合、上4byteをr3に、下4byteをr4に入れて返す。
• 浮動小数の値はf1に入れて返す。
• ベクトルデータはv2に入れて返す。
• 関数が配列や構造体を返す場合、関数の呼び出し側が、返り値を受け取るメモリアドレスをr3レジスタに渡し、その後の引数は、いつもと同様にr4から順番に格納していく。もちろん、r3に与えたアドレスには、構造体を格納するだけの十分な領域があること。なお、このようなタイプの関数の場合、r3による返り値は保証されていないので、メモリアドレスから直接値を取り出すこと。