也谈栈和栈帧(二)

转载自http://blog.chinaunix.net/uid-16459552-id-3328601.html  作者：r_luo

 

谈x86的栈帧之前，补充一下堆和栈的认识。

 

1. 堆和栈的关系

我们平时说的堆栈其实是指栈，而实际上堆和栈是两种不同的内存分配。简单罗列一下各方面的异同点。

1).堆需要用户在程序中显式申请，栈不用，由系统自动完成。申请/释放堆内存的API，在C中是malloc/free，在C++中是new/delete。申请与释放一定要配对使用，否则会造成内存泄漏(memory leak)，久而久之系统就无内存可用了，出现OOM（Out Of Memory）错误。一般在return/exit或break/continue等语句时容易忘记释放内存，所以检查内存泄漏的代码时要关注这些语句，看它们前面是否有必要的释放语句free/delete。

2).堆的空间比较大，栈比较小。所以申请大的内存一般在堆中申请；栈上不要有较大的内存使用，比如大的静态数组；而且除非算法必要，否则一般不要使用较深的迭代函数调用，那样栈消耗内存会随着迭代次数的增加飞涨。

3).关于生命周期。栈较短，随着函数退出或返回，本函数的栈就完成了使用；堆就要看什么时候释放，生命周期就什么时候结束。

说了这么多，我们发现解析Coredump还是跟栈的关系相对紧密，跟堆的关系是有一种产生Coredump的原因是访问堆内存出错。

2. x86的栈帧

继续谈栈帧布局，这次说说x86的栈帧布局和操作方法，见栈帧布局图：

上图描述的是一般x86的stack frame栈帧布局方式，当前帧为当前函数(被调用者)的stack frame，调用者的帧为调用函数(调用者)的stack frame。栈底在高地址，栈向下增长。图中，ebp(base pointer)就是栈基址，它指向当前函数的栈帧起始地址；esp(stack pointer)则是当前函数的栈指针，它指向栈顶的位置。压栈的顺序依次为栈基址ebp、其它寄存器、本地变量和临时变量。注意所传递的参数和返回地址lr一般放在调用者的栈帧中，当然按照实际的压栈过程，也有人认为previous ebp也在调用者栈帧内，这个暂时影响不大。

相比于MIPS，x86比较可爱的地方是刚刚提到的两点，就是可以用栈基址和栈指针明确标示栈帧的位置，栈指针esp一直移动，同时压栈的顺序有一定的规律，一个栈空间内的地址前面，必然有一个代码地址（lr）明确标示着调用函数位置内的某个地址。

3. x86的栈操作

x86有一对表示栈底和栈顶的寄存器，寄存器ebp是栈基址指针，指栈帧的底部（高地址），寄存器esp是栈指针，指栈帧的顶部（地址地）。

函数的返回结果是通过寄存器eax传递的，因此在函数退出前会将计算结果拷贝到eax中，然后再出栈返回调用者。

再来关注几个常用的函数内外跳转指令：

call： 调用一个函数。以寄存器和偏移量来调用函数和c++里的虚函数调用很类似

ret： 从一个函数返回。_stdcall调用规范要求如果有返回值，就要将返回值从堆栈的栈顶弹出

leave：是move ESP EBP/pop EBP的简写，用来退出函数，同时释放了为局部变量分配的空间

jmp： 无条件跳转

je： 如果相等则跳转

jne： 如果不等则跳转

顺便提一下数据的传递操作mov和movl，mov是将右操作数复制到左操作数，而movl传递方向相反，是将左操作数复制到右操作数。装入有效地址指令(即用来得到局部变量和函数参数的指针)lea和leal也一样。

最后，x86的压栈出栈指令众人皆知，分别是push和pop，或者其各种变体，比如puchad/popad是对所有通用寄存器的栈操作。