레지스터 %rip 와 %rsp에 대하여

%rip

Instruction Pointer의 약자로, X64 architecture에서 명령어 레지스터이다.
즉, (64bit에서는) 이 레지스터가 Program Counter이다.
다음에 CPU에서 어떤 명령을 실행할지 가리키는 레지스터이며 크기는 8byte이다.
Instruction Pointer 인데 rip가 된 이유는 64bit 레지스터를 가리킬 때는 앞에 r을 붙이기 때문이다.
32bit는 보통 e를 붙인다.

%rsp

스택 포인터로 런타임 스택의 가장 끝 부분 (가장 최근에 push된 데이터)를 가리키기 위해 사용된다.
다시말해 사용중인 스택의 위치를 가리키는 포인터이다.

이 두 레지스터가 중요한 이유는 프로그램이 함수를 호출하는 과정에서 사용되기 때문이다.

1. 함수 호출
   함수가 호출되면 현재 %rip의 값(다음 실행할 명령어의 주소)은 스택에 저장된다.
   %rsp가 스택의 최상단으로 이동하고, 새로운 스택 프레임이 생성된다.

2. 함수 내부
   함수 내에서 지역 변수 및 함수의 인수와 같은 데이터가 스택에 저장된다.
   %rsp는 스택에 데이터가 푸시(push)될 때마다 감소하며, 팝(pop)될 때마다 증가한다.

3. 함수 반환
   함수가 반환되면 스택에서 이전 %rip 값이 팝되어 복원되며, 프로그램은 이전 호출 지점으로 다시 이동한다.

function call

일반적인 함수 호출 과정

1. 호출자(Calller) 함수가 호출되어야 할 함수의 이름 또는 주소를 찾는다.
2. 호출자 함수는 호출할 함수에 필요한 인수를 준비하고, 호출할 함수의 인수 전달 규칙을 준수한다.
3. 호출자 함수는 호출할 함수를 호출하기 위해 제어를 이동시킨다.

ret 명령어

• 함수 내에서 call 명령어로 호출되는 함수는 새로운 스택 프레임을 생성하고,
  호출자 함수의 주소(리턴 주소)를 스택에 저장한다.
• 이후, 호출된 함수는 명령을 실행하고,
  함수 실행이 완료되면 ret 명령어를 사용하여 제어를 호출자 함수로 다시 반환한다.

ret의 주요 역할

• 호출된 함수는 ret 명령어를 실행하여 스택에서 이전 호출자 함수의 주소(리턴 주소)를 꺼내온다.
• 이 주소로 제어를 전환하여 호출자 함수로 복귀한다.
• 동시에 스택 프레임을 제거하고 이전 상태로 스택포인터(%rsp)를 복원한다.

스택과 함수 호출

• 함수 호출과 ret 명령어는 주로 스택을 사용하여 관리된다. 스택은 함수 호출시 임시 데이터(인수, 지역변수 등등)와 호출 정보를 저장하는데 사용된다.
• 호출된 함수가 스택에 새로운 스택프레임을 생성하고, ret 명령어를 통해 스택 프레임을 제거하는 과정을 call stack 이라고 부른다.

call stack에 대한 쉬운 설명

MDN 문서 - 호출 스택

세줄 요약

함수 호출(function call)은 프로그램에서 함수 간의 제어를 전환하는 중요한 메커니즘으로
1. 스택을 사용하여 호출 정보를 관리하며
2. ret 명령어를 통해 함수 호출을 완료하고 호출자로 제어를 반환한다.