Соглашение вызова

Соглашение вызова или модель вызова (англ. Calling convention) в часть двоичного интерфейса приложений, которая регламентирует технические особенности вызова подпрограммы, передачи параметров, возврата из подпрограммы и передачи результата вычислений в точку вызова.

Состав соглашения вызова

Соглашение вызова определяет следующие особенности процесса использования подпрограмм:

• Расположение входных параметров подпрограммы и возвращаемых ею значений. Наиболее распространённые варианты:
  • В регистрах.
  • В стеке.
  • В динамически распределяемой памяти
• Порядок передачи параметров. При использовании для параметров стека определяет, в каком порядке параметры должны быть помещены в стек, при использовании регистров в порядок сопоставления параметров и регистров. Варианты:
  • прямой порядок в параметры размещаются в том же порядке, в котором они перечислены в описании подпрограммы. Преимущество в единообразие кода и записи на языке высокого уровня;
  • обратный порядок в параметры передаются в порядке от конца к началу. Преимущество в при любом количестве параметров на вершине стека после адреса возврата оказывается сначала первый параметр, за ним второй и так далее. Это упрощает реализацию подпрограмм с неопределённым числом параметров произвольных типов.
• Кто возвращает указатель стека на исходную позицию:
  • вызываемая подпрограмма в это сокращает объём команд, необходимых для вызова подпрограммы, поскольку команды восстановления указателя стека записываются только один раз, в конце подпрограммы;
  • вызывающая программа в в этом случае вызов становится сложнее, но облегчается использование подпрограмм с переменным количеством и типом параметров.
• Какой командой вызывать подпрограмму и какой в возвращаться в основную программу. Например, в стандартном режиме x86 подпрограмму можно вызвать через call near, call far и pushf/call far (для возврата применяются соответственно retn, retf, iret).
• Содержимое каких регистров процессора подпрограмма обязана восстановить перед возвратом.

Соглашения вызова зависят от архитектуры целевой машины и компилятора.

Когда это важно

• При оптимизации программы в выбирается лучшее по параметру оптимизации (скорости, количеству команд) соглашение вызова из доступных.
• При сопряжении программы с написанной на другом языке подпрограммой в программе необходимо соблюдать соглашение вызова, которое использовалось при компиляции подпрограммы.
• При вызове функций стандартных системных библиотек (например, функций API).
• При обратной разработке программы в зависящие от соглашения вызова последовательности команд, генерируемые компилятором, позволяют идентифицировать стандартные операции языка высокого уровня.

Наиболее распространённые соглашения вызова на 32-битном x86

Список неполный, написаны основные из применяемых по сей день.

Во всех нижеперечисленных соглашениях(кроме cdecl) подпрограмма обязана обеспечить восстановление перед возвратом значений сегментных регистров процессора, а также регистров ESP и EBP. Значения остальных могут не восстанавливаться. Возвращаемое значение функции хранится в регистре eax. Если его размер слишком велик для размещения в регистре, то оно размещается на верхушке стека, а значение в регистре eax будет указывать на него.

cdecl

Основной способ вызова для Си (отсюда название, сокращение от «c-declaration»). Аргументы передаются через стек, справа налево. Очистку стека производит вызывающая программа. Это основной способ вызова функций с переменным числом аргументов (например, printf(в))

pascal

Основной способ вызова для Паскаля, также применялся в Windows 3.x. Аргументы передаются через стек, слева направо. Указатель стека на исходную позицию возвращает подпрограмма. Причём, изменяемые параметры передаются только по ссылке, а у функций неявно создаётся дополнительный первый изменяемый параметр Result, через который и возвращается значение.

stdcall/winapi

Применяется при вызове функций WinAPI. Аргументы передаются через стек, справа налево. Очистку стека производит вызываемая подпрограмма.

fastcall

Передача параметров через регистры, обычно самая быстрая; если все параметры и промежуточные результаты умещаются в регистрах, манипуляции со стеком вообще не нужны. Fastcall не стандартизирован, поэтому используется только в функциях, которые программа не экспортирует наружу. Например, у Borland параметры передаются слева направо в eax, edx, ecx и, если параметров больше трёх, в стеке. Указатель стека на исходное значение возвращает подпрограмма.

Fastcall Borland применяется по умолчанию в Delphi.

Для x64 целей компилятор Microsoft VisualStudio 2010 CL принимает данное соглашение по умолчанию, остальные игнорируются, даже если заданы явно. Передача параметров в данном случае происходит при помощи 4х 64х разрядных регистра: rcx, rdx, r8, r9. В случае если параметров больше в остальные передаются через стек.

safecall

Обеспечивает более удобный для использования в распространённых языках высокого уровня способ вызова методов интерфейсов при использовании модели COM.

Все методы интерфейсов COM представляют собой функции, возвращающие код завершения типа HRESULT, который должен анализироваться в месте вызова. Как правило, это не вполне удобно: большинство используемых с этой технологией языков имеют механизмы обработки исключений, и в них удобнее использовать обычные вызовы функций и процедур, возвращающие прикладные значения, а для обработки ошибок применять исключения. Именно такую возможность предоставляет safecall.

Можно считать, что вызов

function DoSomething(a: DWORD): DWORD; safecall;

в действительности представляет собой вызов

function DoSomething(a: DWORD; out Result: DWORD): HResult; stdcall;

причём организованный таким образом, что если возвращённое значение типа HRESULT будет содержать флаг ошибки, то в результате вызова будет сгенерировано исключение с кодом и текстом, соответствующим обнаруженной ошибке.

thiscall

Используется в компиляторах C++. Обеспечивает передачу аргументов при вызовах методов класса в объектно ориентированной среде. Аргументы передаются через стек, справа налево. Очистку стека производит вызываемая функция, то есть тот же самый stdcall. Указатель (this) на объект, для которого вызывается метод, записывается в регистр ECX .