x86-64汇编中返回无法存入寄存器的大结构体的实现机制？

当结构体（或数组）的大小超过寄存器容纳范围（比如x86-64中RAX仅能存储8字节，超出该大小的类型）时，调用方会提前为返回值分配内存空间，并将该空间的指针作为隐藏参数传递给被调用函数，具体流程如下：

核心逻辑 #

• 调用方操作：在栈或堆上分配足够容纳目标结构体的内存，将该内存地址作为第一个参数（x86-64 System V ABI中通过rdi寄存器传递）传入被调用函数。
• 被调用方操作：接收该指针参数，将结构体所有数据写入指针指向的内存区域，函数结束时把该指针存入RAX寄存器返回——此时RAX返回的不是结构体数据本身，而是调用方预先分配的内存地址。

实例说明 #

以C++代码对应的汇编为例：

C++代码 #

struct BigStruct {
    int data[100]; // 大小为400字节，远大于8字节
};

BigStruct getBigStruct() {
    BigStruct s;
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        s.data[i] = i;
    }
    return s;
}

对应x86-64汇编（System V ABI） #

getBigStruct:
    push rbp
    mov rbp, rsp
    ; rdi 保存调用方传入的目标内存地址
    mov rcx, 0          ; 初始化循环计数器
.Lloop:
    mov [rdi + rcx*4], ecx  ; 将计数器值写入结构体数组的对应位置
    inc rcx
    cmp rcx, 100
    jne .Lloop          ; 循环直到填满数组
    mov rax, rdi        ; 返回调用方提供的内存指针
    pop rbp
    ret

在这个例子中，调用方在执行call getBigStruct之前，会先在栈上分配400字节的空间，把地址加载到rdi；函数执行时直接将数据写入rdi指向的内存，最后把rdi的值放到RAX返回，调用方后续就可以直接从自己分配的栈空间中读取完整的结构体数据。

不同ABI的差异 #

上述逻辑是x86-64 System V ABI（Linux、BSD、macOS等系统采用）的标准处理方式。Windows的x64 ABI在参数传递的寄存器使用上略有不同（比如用rcx传递隐藏指针），但核心思路一致：由调用方提供返回值的存储缓冲区，被调用方负责填充数据并返回缓冲区地址。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John Fisher