为什么va_arg（）会对x86_64和arm产生不同的影响？

Question

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
#include <stdlib.h>

typedef unsigned int uint32_t;

float average(int n_values, ... )
{
    va_list var_arg; 
    int count;
    float sum = 0;

    va_start(var_arg, n_values);

    for (count = 0; count < n_values; count += 1) {
        sum += va_arg(var_arg, signed long long int);
    }   

    va_end(var_arg);

    return sum / n_values;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    (void)argc;
    (void)argv;

    printf("hello world!\n");

    uint32_t t1 = 1;  
    uint32_t t2 = 4;  
    uint32_t t3 = 4;  
    printf("result:%f\n", average(3, t1, t2, t3));

    return 0;
}

当我在ubuntu（x86_64）中运行时，它没关系。

lix@lix-VirtualBox:~/test/c$ ./a.out 
hello world!
result:3.000000
lix@lix-VirtualBox:~/test/c$ uname -a
Linux lix-VirtualBox 4.4.0-116-generic #140-Ubuntu SMP Mon Feb 12 21:23:04 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
lix@lix-VirtualBox:~/test/c$ 

但是当我交叉编译并在openwrt（ARM 32位）中运行它时，这是错误的。

[root@OneCloud_0723:/root/lx]#./helloworld 
hello world!
result:13952062464.000000
[root@OneCloud_0723:/root/lx]#uname -a
Linux OneCloud_0723 3.10.33 #1 SMP PREEMPT Thu Nov 2 19:55:17 CST 2017 armv7l GNU/Linux

我知道不要使用不正确类型的参数调用va_arg。但是为什么我们能够在x86_64中获得正确的结果呢？

谢谢。

Answer 1

在x86-64 Linux上，每个32位arg都在一个单独的64位寄存器中传递（因为这是x86-64 System V调用约定所需要的）。

调用者碰巧将32位arg零扩展到64位寄存器中。 （这不是必需的;程序中未定义的行为可能会让你遇到一个不同的调用者，它在arg传递寄存器中留下了很多垃圾。）

被调用者（average()）正在寻找三个64位args，并查看调用者放置它们的相同寄存器，因此它恰好起作用。

---

在32位ARM上，long long不适合单个寄存器，因此寻找long long args的被调用者肯定在不同的地方寻找，而不是调用者放置uint32_t args的位置。

被调用者看到的第一个64位arg可能是((long long)t1<<32) | t2，或者反过来。但是由于被调用者正在寻找6x 32位的args，它将查看调用者根本不打算作为args的寄存器/内存。

（请注意，这可能会导致调用者的本地人在堆栈上损坏，因为被调用者被允许破坏堆栈args。）

---

有关完整的详细信息，请使用编译器+编译选项查看代码的asm输出，以查看源中C未定义行为的确切行为。 objdump -d ./helloworld应该做的伎俩，或直接看编译器输出：How to remove "noise" from GCC/clang assembly output?。

Answer 2

在我的系统上（x86_64）

#include <stdio.h>


int main(void)
{
    printf("%zu\n", sizeof(long long int));

    return 0;
}

这打印8，告诉我long long int是64位宽，我不知道手臂上的long long int的大小。

无论你的va_arg调用是错误的，你必须使用正确的类型，在这种情况下uint32，所以你的函数有未定义的行为，并碰巧得到正确的值。 average应该是这样的：

float average(int n_values, ... )
{
    va_list var_arg; 
    int count;
    float sum = 0;

    va_start(var_arg, n_values);

    for (count = 0; count < n_values; count += 1) {
        sum += va_arg(var_arg, uint32_t);
    }   

    va_end(var_arg);

    return sum / n_values;
}

也不要声明你的uint32_t

typedef unsigned int uint32_t;

这不可移植，因为int不能保证在所有架构上都是4个字节长。标准C库实际上在stdint.h中声明了这种类型，你应该使用thos类型。

所以你的程序应该是这样的：

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>

float average(int n_values, ... )
{
    va_list var_arg; 
    int count;
    float sum = 0;

    va_start(var_arg, n_values);

    for (count = 0; count < n_values; count += 1) {
        sum += va_arg(var_arg, uint32_t);
    }   

    va_end(var_arg);

    return sum / n_values;
}

int main(void)
{
    printf("hello world!\n");

    uint32_t t1 = 1;  
    uint32_t t2 = 4;  
    uint32_t t3 = 4;  
    printf("result:%f\n", average(3, t1, t2, t3));

    return 0;
}

这是可移植的，应该在不同的体系结构中产生相同的结果。