Win64汇编连续调用函数仅执行第一个的问题排查与解决

在Windows 10 64位环境下编写NASM汇编代码，尝试连续调用fun1和fun2两个简单函数时，发现只有fun1被执行。疑问：是否需要在调用前后保存/加载寄存器？

原运行结果 #

hello 1
hello 2
test 1

原代码 #

segment .data
    hello1 db "hello 1", 0xd, 0xa, 0
    hello2 db "hello 2", 0xd, 0xa, 0
    test1 db "test 1", 0xd, 0xa, 0
    test2 db "test 2", 0xd, 0xa, 0

segment .text
global main
extern ExitProcess
extern printf

main:
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 32

    ; Call printf to print the main message
    lea     rcx, [hello1]
    call    printf

    lea     rcx, [hello2]
    call    printf

    call    fun1

    call    fun2

    ; Exit the program
    xor     rax, rax
    call    ExitProcess

; Define additional functions
section .text
fun1:
    lea     rcx, [test1]
    call    printf

    ret

fun2:
    lea     rcx, [test2]
    call    printf

    ret

编译链接命令 #

nasm -f win64 -g -o main.o main.s
link /LARGEADDRESSAWARE:NO main.o kernel32.lib kernel32legacylib.lib legacy_stdio_definitions.lib legacy_stdio_wide_specifiers.lib ucrt.lib /subsystem:console /entry:main /out:main.exe /DEBUG

问题解决 #

通过在函数中分配栈空间（阴影空间）解决了问题，更新后代码如下：

更新后代码 #

segment .data
    hello1 db "hello 1", 0xd, 0xa, 0
    hello2 db "hello 2", 0xd, 0xa, 0
    test1 db "test 1", 0xd, 0xa, 0
    test2 db "test 2", 0xd, 0xa, 0

segment .text
global main
extern ExitProcess
extern printf

main:
    push    rbp
    mov     rbp, rsp
    sub     rsp, 32

    ; Call printf to print the main message
    lea     rcx, [hello1]
    call    printf

    lea     rcx, [hello2]
    call    printf

    call    fun1

    call    fun2

    ; Exit the program
    xor     rax, rax
    call    ExitProcess

; Define additional functions
section .text
fun1:
    sub     rsp, 32       ; 分配阴影空间
    lea     rcx, [test1]
    call    printf
    add     rsp, 32       ; 释放阴影空间

    ret

fun2:
    sub     rsp, 32       ; 分配阴影空间
    lea     rcx, [test2]
    call    printf
    add     rsp, 32       ; 释放阴影空间

    ret

更新后运行结果 #

hello 1
hello 2
test 1
test 2

问题原因说明 #

问题核心并非寄存器保存/加载，而是Windows x64调用约定（FastCall）的栈要求：

1. 调用外部函数（如printf）前，必须保证栈是16字节对齐的；
2. 调用者需要为被调用函数预留32字节的“阴影空间”（shadow space），用于被调用函数保存RCX/RDX/R8/R9这4个寄存器参数。

原代码中fun1和fun2调用printf前未分配阴影空间，导致栈对齐被破坏，printf执行完毕返回后，栈指针状态错误，使得fun1的ret指令跳转到了错误地址，fun2因此无法被执行。在函数中添加sub rsp,32和add rsp,32后，满足了调用约定的栈要求，函数调用流程恢复正常。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jinreal