Коротко и по делу — пример (x86-64 System V), затем пояснения как это связано с оптимизациями компилятора.
Пример (caller / callee):
caller:
mov rdi, $5$ mov rsi, $7$ call add ; передача управления, результат — в rax
callee (простая реализация со стековым фреймом):
add:
push rbp
mov rbp, rsp
mov eax, edi
add eax, esi
pop rbp
ret
Оптимизированная версия (без фрейма — leaf-функция):
add:
lea eax, [rdi + rsi]
ret
Как это работает (основные правила и механика):
- Передача аргументов: целочисленные/указательные аргументы идут в регистрах rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9 (всего $6$). Вещественные — в xmm0, xmm1, ...
- Возврат значения: целочисленное/указательное — в rax (для шире $64$-бит может использоваться rax/rdx); вещественное — в xmm0.
- Вызов: инструкция call сохраняет адрес возврата на стек и переходит в функцию; ret достаёт адрес возврата и возвращает управление.
- Стек/фрейм: типичная пролог/эпилог — push rbp; mov rbp, rsp; …; pop rbp; ret. Но фрейм можно опустить (omit frame pointer), тогда функции работают напрямую с rsp.
- Выравнивание: перед вызовом стек обычно выравнен по $16$-байтам (SysV), есть «red zone» размером $128$ байт, доступный для локальных данных в leaf-функциях.
- Сложные/большие возвращаемые объекты: для структур/классов часто используется скрытый указатель на буфер в памяти (передаётся как первый аргумент), либо для очень маленьких структур — возвращаются в комбинации регистров (rax/rdx, xmm...).
Связь с оптимизациями компилятора:
- Inlining: функция встраивается в место вызова — исчезают call/ret, стековые операции и передача аргументов, что уменьшает накладные расходы и даёт дальнейшие оптимизации (const propagation, dead code elimination).
- Tail-call elimination: вызов в конце функции заменяется на jmp — нет дополнительного роста стека и лишнего ret/call.
- Отключение фрейм-поинтера: компилятор может опускать push/mov rbp, экономя инструкции (frame pointer omission).
- Register allocation: компилятор старается держать значения в регистрах, минимизируя память/стековые обращения.
- Слияние вызовов/константное вычесление: если аргументы известны, вызов может быть предвычислен или удалён.
- RVO/NRVO (для C++): избегающий копирование возврат создаёт объект сразу в памяти вызывающего — убирает временные копии и передачу через регистры/стек.
- Link-time и interprocedural оптимизации: позволяют инлайнить и оптимизировать через границы модулей, устраняя вызовы и меняя способы возврата.
Итого: на уровне ассемблера вызов реализуется через call/ret, аргументы — в регистрах/стеке, возвращаемое значение — в регистрах (или через буфер). Компилятор активно преобразует эту схему (инлайнинг, удаление фрейма, оптимизация регистров, RVO и т. п.), чтобы уменьшить количество фактических call/ret и обращений в память.