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ARM 汇编指令：PUSH 和 POP

本文来自于我关于 ARM 汇编指令系列文章。欢迎阅读、点评与交流~
1、汇编指令在不同架构中的联系与区别
2、ARM 汇编指令：MOV
3、ARM 汇编指令：LDR
4、ARM 汇编指令：STR
5、ARM 汇编指令：MRS 和 MSR
6、ARM 汇编指令：ORRS
7、ARM 汇编指令：BEQ
8、ARM 汇编指令：TST
9、ARM 汇编指令：B
10、ARM 汇编指令：BX
11、ARM 汇编指令：ERET

在 ARM 汇编中，PUSH和POP是用于栈操作（堆栈操作）的指令，主要用于保存和恢复寄存器的值。它们是STMDB和LDMIA的别名，与栈指针（通常是SP）一起使用。

1.栈的概念

• ARM 中栈通常是满递减栈（Full Descending, FD），即栈向低地址方向生长，栈指针指向最后一个入栈的元素。
• PUSH用于将寄存器值存入栈（压栈）。
• POP用于从栈中取出值到寄存器（出栈）。

2.PUSH 指令

语法：

PUSH {reg_list}

功能：

• 将reg_list中的寄存器依次存入栈（从高寄存器到低寄存器顺序存入内存，但内存地址递减）。

• SP会先递减（因为是满栈），然后再存数据。

• 等价于：

  STMDB SP!, {reg_list}

  STMDB表示先递减（Decrease Before）存储。

示例：

PUSH {R0, R1, R4-R7} ; 将 R0, R1, R4, R5, R6, R7 压栈

假设入栈前SP = 0x1000，入栈 6 个寄存器（每个 4 字节）后SP = 0x1000 - 0x18 = 0xFE8。

3.POP 指令

语法：

POP {reg_list}

功能：

• 从栈中取出数据到reg_list中的寄存器（从低地址到高地址加载到寄存器，寄存器的编号顺序不影响加载的内存顺序，但通常按编号升序弹出到寄存器列表中的寄存器）。

• SP会在加载后递增（因为是满栈）。

• 等价于：

  LDMIA SP!, {reg_list}

  LDMIA表示先递增（Increase After）加载。

示例：

POP {R0, R1, R4-R7} ; 恢复 R0, R1, R4, R5, R6, R7 的值

4.使用场景

子程序调用时保存现场：

subroutine: PUSH {R0-R3, LR} ; 保存工作寄存器和返回地址 ... ; 子程序代码 POP {R0-R3, PC} ; 恢复寄存器并返回（将 LR 弹出到 PC）

注意：这里POP {..., PC}相当于同时恢复了寄存器并跳转回调用处。

5.注意事项

• 寄存器顺序：在PUSH和POP的寄存器列表中，可以按任意顺序书写，但汇编器会按寄存器编号升序排序后再压栈（编号高的寄存器对应高内存地址）。出栈时，低内存地址的数据弹出到列表中编号最小的寄存器。
• 栈对齐：在 ARMv7/AArch32 中，通常要求SP对齐到 8 字节（特别是在调用公共接口时）。在 AArch64 中，PUSH/POP指令形式不同，并且要求 16 字节对齐。
• Thumb 模式：在 Thumb 指令集中，PUSH/POP的寄存器列表有限制（通常只能用于通用寄存器和LR/PC）。

6.示例：完整的函数调用与返回

main: ... BL foo ... foo: PUSH {R4-R7, LR} ; 保存调用者保存的寄存器和返回地址 ... ; 使用这些寄存器 POP {R4-R7, PC} ; 恢复寄存器并直接返回

7.与 x86 的区别

• x86 的PUSH/POP一次只能操作一个寄存器或内存地址，而 ARM 可以一次操作多个寄存器。
• ARM 的栈操作更加灵活，可以通过STM/LDM实现多种栈模式（但PUSH/POP固定为满递减）。