ARMv8中BL与RET嵌套调用的返回异常问题及解决咨询

问题场景 #

假设label1、label2是两组以RET结尾的ARM汇编指令序列，label2通过BL调用label1，代码结构如下：

label1:
    # 若干操作...
    # (1)
    RET

label2:
    # 若干操作
    BL label1
    #(2)
    RET

在main中调用label2：

main:
    # 若干操作...
    BL label2
    #(3)

异常原因 #

执行main里的BL label2时，LR寄存器会保存返回点#(3)；进入label2后执行BL label1，LR会被覆盖为#(2)。label1的RET能正常回到#(2)，但label2的RET此时会使用已经被覆盖的LR（值还是#(2)），导致执行流陷入循环异常，无法返回main的#(3)位置。

解决方案：用栈保存/恢复LR #

ARM的LR是单个寄存器，嵌套调用必须手动借助栈来维护上层调用的返回地址，避免被覆盖。以下是两种常用实现方式：

方式1：仅保存LR到栈 #

修改label2，在调用label1前先把当前LR（返回main的地址）压入栈，执行完子函数后再恢复LR：

label2:
    ; 把LR压入栈（假设栈向下生长，SP为栈指针）
    PUSH {LR}
    ; 若干操作
    BL label1
    ;(2)
    ; 从栈中恢复LR
    POP {LR}
    RET

方式2：规范栈帧（保存多寄存器） #

如果函数需要修改R4-R12这类调用者保存寄存器，可以一次性把LR和需要保留的寄存器压入栈，函数结束时一起恢复，符合ARM函数调用约定：

label2:
    ; 保存LR和需要保留的寄存器，构建栈帧
    PUSH {R4-R5, LR}
    ; 若干操作（可安全使用R4-R5）
    BL label1
    ;(2)
    ; 恢复寄存器和LR
    POP {R4-R5, LR}
    RET

补充说明 #

• RET本质是BX LR的别名指令，两者功能完全一致；
• 在Thumb-2架构下，要确保栈保持8字节对齐，否则可能触发异常。

验证修改后的执行流程 #

1. main执行BL label2：LR = #(3)，跳转到label2；
2. label2执行PUSH {LR}：将#(3)压入栈；
3. label2执行BL label1：LR被覆盖为#(2)，跳转到label1；
4. label1执行RET：跳转到#(2)，回到label2；
5. label2执行POP {LR}：从栈中恢复LR为#(3)；
6. label2执行RET：跳转到#(3)，正确回到main的调用点。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者lafinur