过程调用与栈帧

来源：互联网发布：远光软件工资待遇编辑：程序博客网时间：2024/06/05 18:07

本博客（http://blog.csdn.net/livelylittlefish）贴出作者（三二一@小鱼）相关研究、学习内容所做的笔记，欢迎广大朋友指正！

过程调用和栈帧

1. 过程调用

一个过程调用包括将数据和控制从代码的一部分传递到另一部分。

过程调用的任务：为过程的局部变量分配空间，并在退出时释放这些空间，俗称保存现场/恢复现场。

2. 栈帧

栈的作用：参数传递、局部变量分配、保存调用的返回地址、保存寄存器以供恢复

IA32程序用程序栈来支持过程调用。

栈帧：为单个过程分配的那部分栈称为栈帧（stack frame）

下图表述了一个通用的栈帧：

high address |=================|<----+

| | |

| | previous stack frame

| | |

|=================|<----+

| ... | |

| | |

|-----------------| |

4+4n | param n | |

|-----------------| |

| ... | caller stack frame

| | |

|-----------------| |

+8 | param 1 | |

|-----------------| |

+4 | return addr | |

|=================|<----+

%ebp-> | %ebp' | | //this saved %ebp' for previous stack frame

|-----------------| |

| | |

| saved register | |

| local variable | |

| temp variable | |

|-----------------| |

| | callee stack frame

| param section | |

| | |

|-----------------| |

| | |

|-----------------| |

%esp-> | | |

low address |-----------------|<----+

帧指针：%ebp，指向栈底，在本过程中，%ebp值保持不变

栈指针：%esp，指向栈顶，程序执行时，栈指针可以移动，来分配或释放空间

%esp减小——分配空间
%esp增大——释放空间

因%ebp不变，而%esp可变，故程序执行中，大多数信息的访问都是相对于帧指针的，例如如下指令：

lea 0xffffffe8(%ebp), %eax ;将%ebp-24地址中的数据（实际上是地址）存入%eax寄存器

（回忆一下《汇编语言》，lea是什么？。。。。lea：Load Effective Address）

（为什么是%ebp-24？。。。。因为计算机中数据是用反码表示的，反码0xffffffe8表示的值即为-24，即-0x18）

考虑这样一个调用，调用者caller，被调用者callee。

当caller调用callee时，caller的返回地址被压入栈中，形成caller栈帧的末尾。

返回地址：就是当程序从callee返回时应该继续执行的地方（指令的地址），当被调用过程返回时，程序会从此处继续执行。

callee的栈帧从保存的帧指针的值（%ebp）开始，其后即为其保存的寄存器的值，和callee调用其他过程的参数。

思考：为什么（非寄存器）局部变量存放在栈中而非寄存器中？

寄存器不够存放所有的局部变量
有些局部变量是数组或结构，必须通过数组或结构引用来访问
若要对一个局部变量使用地址操作符“&”，必须能为它产生一个地址

一般地，C/C++程序的调用方式为__cdecl，即参数从右向左的顺序入栈；如此，则%ebp+0x8为第一个参数，%ebp+0xc为第二个参数，以此类推。（默认地，编译器会考虑内存按双字对齐）

3. 各类型的数据在栈中的排列方式

栈的增长方式：由高地址向低地址方向增长

数据存放方式：

例如内存中存放的long型数据为0x12345678

a. 高端法（Gig Endian）

高字节（高位） => 低地址

低字节（低位） => 高地址

|----------|

0x2003 | 78 | high address

|----------|

0x2002 | 56 |

|----------|

0x2001 | 34 |

|----------|

0x2000 | 12 | low address

|----------|

数组存放方式（大端法）：

例如int a[8];

|----------|

a[7], 0x2017 | 80 | high address

|----------|

a[6], 0x2016 | 70 |

|----------|

a[5], 0x2015 | 60 |

|----------|

a[4], 0x2014 | 50 |

|----------|

a[3], 0x2013 | 40 |

|----------|

a[2], 0x2012 | 30 |

|----------|

a[1], 0x2011 | 20 |

|----------|

a[0], 0x2010 | 10 | low address

|----------|

b. 小端法（Little Endian）

高字节（高位） => 高地址

低字节（低位） => 低地址

|----------|

0x2003 | 12 | high address

|----------|

0x2002 | 34 |

|----------|

0x2001 | 56 |

|----------|

0x2000 | 78 | low address

|----------|

4. 过程调用和返回指令

call ：过程调用，有一个目标地址（被调用过程起始点指令地址）

任务：将返回地址入栈，并跳转到被调用过程的起始处

leave：为返回准备栈

任务：

movl %ebp, %esp ;set stack pointer to the beginning of frame

popl %ebp ; restore saved %ebp and set stack ptr to the end of caller's frame

ret ：从过程调用中返回

任务：从栈中弹出返回地址，并跳转到那个位置

%eax通常用来返回值，如果函数要返回整数或指针。

Reference

关于程序调用方式：

http://yangwei.blogbus.com/logs/1550582.html

http://blog.csdn.net/cradmin/archive/2008/10/22/3124159.aspx

栈帧结构：

《深入理解计算机系统》

http://bigwhite.blogbus.com/logs/2005/11/1592114.html

http://bbs.tech.ccidnet.com/read.php?tid=645517