为何编译器选用调用保留寄存器而非栈保存函数调用值？

C 源代码 #

void callee(void);
long call_and_ret_saved(long ToSave){
    callee();
    return ToSave;
}

为了保存参数ToSave的值（以便调用callee后返回该值），GCC 和 Clang 生成了如下汇编代码：

编译器生成的汇编 #

call_and_ret_saved:
    pushq   %rbx
    movq    %rdi, %rbx
    call    callee
    movq    %rbx, %rax
    popq    %rbx
    ret

问题：为何不直接用 push %rdi; call callee; pop %rax; ret; 的实现方式？是因为调用保留寄存器能让返回值更早可用吗？ #

回答： #

核心原因是性能，而非返回值可用时机：

• 寄存器间的读写操作（movq %rdi, %rbx、movq %rbx, %rax）比内存读写（push %rdi、pop %rax）快得多。寄存器操作的延迟和吞吐量都远优于内存访问，能避免不必要的栈内存读写开销。
• 从调用约定角度看，%rbx 是 x86-64 架构下的被调用者保留寄存器：callee 函数如果需要使用 %rbx，必须自行保存并恢复其值，因此存在 %rbx 里的参数值不会被破坏，完全符合调用规范。
• 若采用栈保存的方式，虽然逻辑上可行，但 push/pop 涉及两次内存操作，且栈访问的延迟通常高于寄存器操作，会降低代码执行效率。

另外，返回值可用时机并非关键因素——两种方式都要等到 callee 返回后才能得到返回值，不存在谁更早可用的情况。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Petr Skocik