ARM 汇编指令：STP\LDP

ARM 汇编指令：STP\LDP

好的，STP 和 LDP 是 ARMv8-A 架构中非常核心且高效的一对指令，用于同时存储/加载两个寄存器。它们对栈操作、函数调用约定和内存数据块操作至关重要。

核心概念

• STP：Store Pair。将两个寄存器的值存储到相邻的内存地址中。
• LDP：Load Pair。从相邻的内存地址中加载数据到两个寄存器中。
• 本质：它们是单条指令，但完成两次内存访问，这比使用两条单独的STR/LDR指令更高效。
• 主要用途：
  1. 函数开场/收场（Prologue/Epilogue）：保存和恢复被调用者保存的寄存器（如x29, x30即 FP, LR），以及分配/释放栈空间。
  2. 在内存和寄存器之间移动大数据块。
  3. 高效的结构体/数组元素存取。

基本语法

STP Rt1, Rt2, [Rn, #offset] // Store LDP Rt1, Rt2, [Rn, #offset] // Load

• Rt1,Rt2：要存储或加载的源/目标寄存器。通常是通用寄存器（X0-X30）或浮点/向量寄存器（D0-D31,Q0-Q31）。
• Rn：基址寄存器，存放内存地址。
• [Rn, #offset]：寻址模式。offset是一个有符号的立即数，必须是8 的倍数（因为一次操作 2 * 64-bit = 16 字节，要求地址对齐;而立即数单位是字节，只要第一个数是8字节对齐的，第二个也是对齐的）。

寻址模式（关键！）

寻址模式决定了如何计算内存地址以及如何更新基址寄存器Rn。这是理解STP/LDP用法的核心。

1. 偏移模式 (Offset)

地址计算为Rn + offset，不更新Rn。

STP X0, X1, [SP, #16] // 将 X0, X1 存储到地址 SP+16 和 SP+24。SP 本身不变。 LDP X0, X1, [SP, #-16] // 从地址 SP-16 和 SP-8 加载到 X0, X1。SP 本身不变。

2. 前变基模式 (Pre-index)

地址计算为Rn + offset，然后将计算后的地址写回Rn（Rn = Rn + offset）。
语法：在偏移外加上!。

STP X0, X1, [SP, #-16]! // 1. SP = SP - 16; 2. 将 X0, X1 存储到 [SP] 和 [SP+8]。 // 这是典型的【分配栈空间并保存寄存器】 。

3. 后变基模式 (Post-index)

先使用Rn的原始值作为地址，然后更新Rn（Rn = Rn + offset）。
语法：偏移放在]后面。

LDP X0, X1, [SP], #16 // 1. 从 [SP] 和 [SP+8] 加载到 X0, X1; 2. SP = SP + 16。 // 这是典型的【恢复寄存器并释放栈空间】。

典型用例示例

用例 1：函数开场与收场（最常见）

// 函数开场 (Prologue) my_function: STP X29, X30, [SP, #-16]! // 将帧指针(X29)和返回地址(X30)压栈，同时 SP -= 16 MOV X29, SP // 设置新的帧指针 // 函数体 ... // 函数收场 (Epilogue) LDP X29, X30, [SP], #16 // 从栈中恢复 X29, X30，同时 SP += 16 RET // 使用恢复的 X30 返回

解释：

• STP ... !在栈上分配了16字节空间，并保存了X29, X30。
• LDP ..., [SP], #恢复这两个寄存器，并回收栈空间。
• 这对操作保证了栈的平衡。

用例 2：交换两个寄存器的值（无需临时寄存器）

// 假设我们要交换 X0 和 X1 的值 STP X0, X1, [SP, #-16]! // 将 X0, X1 的值临时压栈 LDP X1, X0, [SP], #16 // 以相反的顺序加载回来，实现交换

用例 3：加载/存储结构体成员

// 假设一个结构体： struct { long a; long b; } s;// 地址在 X0 中，我们想加载 a 和 b 到 X1, X2LDP X1,X2,[X0]// X1 = s.a, X2 = s.b// 或者想存储 X3, X4 到 s.a, s.bSTP X3,X4,[X0]

用例 4：批量内存拷贝（简化循环）

// 从 X1 指向的内存拷贝 32 字节到 X0 指向的内存 LDP X2, X3, [X1] // 加载前16字节 LDP X4, X5, [X1, #16] // 加载后16字节（偏移模式） STP X2, X3, [X0] // 存储前16字节 STP X4, X5, [X0, #16] // 存储后16字节

重要注意事项

1. 寄存器顺序：在内存中，Rt1总是存储在较低地址，Rt2在较高地址（Rt1 -> [address],Rt2 -> [address+8]）。

2. 对齐：offset必须是 8 的倍数。产生的内存地址通常也建议自然对齐（即地址是所传输数据总大小的倍数），非对齐访问可能降低性能或导致异常。

3. 浮点/向量寄存器：同样适用于S,D,Q寄存器。

   STP D0, D1, [X0] // 存储两个双精度浮点数 LDP Q0, Q1, [X1, #32]! // 加载两个128位向量，并更新基址

4. 栈指针 (SP)：对 SP 的使用必须保持16 字节对齐，这是 ARMv8 的硬性规定。STP/LDP是维护这种对齐的首选指令。

5. 符号扩展：LDP有带符号扩展的变体，如LDPSW，用于加载两个 32 位字并将其符号扩展到 64 位寄存器。

总结

掌握STP/LDP及其寻址模式，是理解 ARMv8 汇编中栈管理和高效内存访问的关键。