스택 포인터와 프레임 포인터

[kmw10693]

스택 프레임(Stack Frame)이란?

함수 호출 시 생성되는 실행 컨텍스트 저장 영역

스택 프레임 구성 요소

• 지역 변수 (local variables)
• 매개변수 (parameters)
• 반환 주소 (return address)
• 이전 프레임 포인터 (saved FP)

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2. SP (Stack Pointer)

정의

현재 스택의 top을 가리키는 레지스터

특징

• push/pop 시 계속 변한다 (동적)
• 스택의 유효 범위를 결정
• 스택 메모리는 "SP 위쪽"만 유효

핵심

SP는 "현재 스택 사용 범위"를 나타내는 동적 포인터

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3. FP (Frame Pointer)

정의

현재 함수의 스택 프레임 기준점(base)을 가리키는 레지스터

특징

• 함수 실행 동안 고정 (정적)
• 변수 접근의 기준점 역할
• 이전 프레임과 체인을 형성

왜 필요한가?

SP는 함수 중간에 계속 움직인다:

push/pop
임시 값 저장
다른 함수 호출

이 때문에 SP 기준으로는 지역 변수 위치가 계속 바뀐다.

따라서:

이 함수의 고정 기준점이 필요 → FP

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4. 함수 호출 시 내부 동작 (x86 기준)

스택은 낮은 주소 방향으로 성장한다고 가정

A가 B를 호출하는 상황

Step 1: CALL B

CPU 동작:

push return_address
jump to B

Step 2: B 함수 진입

push rbp        ; 이전 FP 저장
mov rbp, rsp    ; FP = SP
sub rsp, N      ; 지역 변수 공간 확보

결과 스택 구조

높은 주소
─────────────────
│ A frame        │
│ saved FP(A)    │ ← FP (rbp)
│ return addr    │
│ B local vars   │ ← SP (rsp)
─────────────────
낮은 주소

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5. 왜 FP를 saved FP 위치로 설정하는가?

이유 1 - 프레임 경계 표준화

FP 기준 오프셋 접근:

[FP + 0]  → saved FP
[FP + 8]  → return address
[FP - 8]  → local variable

항상 동일한 규칙으로 접근 가능

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이유 2 - 프레임 체인 형성

B FP → A FP → main FP → ...

이 체인을 따라가면:

• Stack trace 생성 가능
• 예외 처리 가능
• 디버깅 가능

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이유 3 - 함수 종료 단순화

mov rsp, rbp   ; SP = FP (local 제거)
pop rbp        ; FP 복구
ret            ; return address로 점프

지역 변수 개수와 상관없이 복귀가 O(1)