C/C++函数调用过程--函数栈(二)

函数调用大家都不陌生，调用者向被调用者传递一些参数，然后执行被调用者的代码，最后被调用者向调用者返回结果，还有大家比较熟悉的一句话，就是函数调用是在栈上发生的，那么在计算机内部到底是如何实现的呢？

 

对于程序，编译器会对其分配一段内存，在逻辑上可以分为代码段，数据段，堆，栈

代码段：保存程序文本，指令指针EIP就是指向代码段，可读可执行不可写

数据段：保存初始化的全局变量和静态变量，可读可写不可执行

BSS：未初始化的全局变量和静态变量

（注释：.DATA和.BSS c++并不明确区分，统一理解为静态数据段就好）

堆(Heap)：动态分配内存，向地址增大的方向增长，可读可写可执行

栈(Stack)：存放局部变量，函数参数，当前状态，函数调用信息等，向地址减小的方向增长，非常非常重要，可读可写可执行

命令行参数和环境变量：前面没讲到，位于堆栈的上面

如图所示

寄存器

EAX：累加(Accumulator)寄存器，常用于函数返回值

EBX：基址(Base)寄存器，以它为基址访问内存

ECX：计数器(Counter)寄存器，常用作字符串和循环操作中的计数器

EDX：数据(Data)寄存器，常用于乘除法和I/O指针

ESI：源变址寄存器

EDI：目的变址寄存器（纠正原文写错的地方，目的寄存器是EDI）

ESP：堆栈(Stack)指针寄存器，指向堆栈顶部

EBP：基址指针寄存器，指向当前堆栈底部

EIP：指令寄存器，指向下一条指令的地址

源代码

int print_out(int begin, int end){ printf("%d ", begin++); int *p; p = (int*)(int(&begin) - 4); if(begin <= end)  *p -= 5; return 1;} int add(int a, int b){ return a+b;} int pass(int a, int b, int c) { char buffer[4] = {0}; int sum = 0; int *ret; ret = (int*)(buffer+28); //(*ret) += 0xA; sum = a + b + c; return sum;} int main(){ print_out(0, 2); printf("\n"); int a = 1; int b = 2; int c; c = add(a, b); pass(a, b, c); int __sum; __asm {  mov __sum, eax } printf("%d\n", __sum); system("pause");}

 

函数初始化

  28: int main()    29: {011C1540 push ebp //压栈，保存ebp，注意push操作隐含esp-4011C1541 mov ebp,esp //把esp的值传递给ebp，设置当前ebp011C1543 sub esp,0F0h //给函数开辟空间，范围是(ebp, ebp-0xF0)011C1549 push ebx011C154A push esi011C154B push edi011C154C lea edi,[ebp-0F0h] //把edi赋值为ebp-0xF0011C1552 mov ecx,3Ch //函数空间的dword数目，0xF0>>2 = 0x3C011C1557 mov eax,0CCCCCCCCh011C155C rep stos dword ptr es:[edi] //rep指令的目的是重复其上面的指令.ECX的值是重复的次数.//STOS指令的作用是将eax中的值拷贝到ES:EDI指向的地址，然后EDI+4

一般所用函数的开头都会有这段命令，完成了状态寄存器的保存，堆栈寄存器的保存，函数内存空间的初始化

个人理解：

1. ebp入栈之后，开辟内存空间应该不是固定值0xF0吧，应该是编译的时候编译器计算好的函数局部变量占用空间大小。

2. 开辟局部变量空间后，push ebx, esi ,edi 很多文章没提到，其后几个指令用来对局部变量初始化成0xcc，不过这个操作应该是debug版本才会做，release是随机值

函数调用

 30: print_out(0, 2);013D155E push 2 //第二个实参压栈013D1560 push 0 //第一个实参压栈013D1562 call print_out (13D10FAh)//返回地址压栈，本例中是013D1567，然后调用print_out函数013D1567 add esp,8  //两个实参出栈//注意在call命令中，隐含操作是把下一条指令的地址压栈，也就是所谓的返回地址

 

除了VS可能增加一些安全性检查外，print_out的初始化与main函数的初始化完全相同

（这里返回地址就是函数print_out的返回地址，实际上也等同于下一条指令的地址，在函数结束时把返回地址放入EIP,就能在函数返回后继续调用下条指令，也就是把函数参数出栈。

注意：返回地址放的是下条指令的地址，而不是函数返回值，函数返回值放在eax寄存器中）

 

被调用函数返回

013D141C mov eax,1  //返回值传入eax中013D1421 pop edi   013D1422 pop esi   013D1423 pop ebx //寄存器出栈013D1424 add esp,0D0h //以下3条命令是调用VS的__RTC_CheckEsp，检查栈溢出013D142A cmp ebp,esp013D142C call @ILT+315(__RTC_CheckEsp) (13D1140h)013D1431 mov esp,ebp //ebp的值传给esp，也就是恢复调用前esp的值013D1433 pop ebp //弹出ebp，恢复ebp的值013D1434 ret  //把返回地址写入EIP中，相当于pop EIP

 

call指令隐含操作push EIP，ret指令隐含操作 pop EIP，两条指令完全对应起来 

写到这里我们就可以分析一下main函数调用print_out函数前后堆栈(Stack)发生了什么变化，下面用一系列图说明

 

  

接下来是返回过程，从上面的013D1431 行代码开始

    

 

   

 

print_out函数调用前后，main函数的栈帧完全一样，perfect！

下面我们来看看print_out函数到底做了什么事情

int *p;p = (int*)(int(&begin) - 4);if(begin <= end)  *p -= 5;

根据上面调用print_out函数后的示意图，可以知道p实际上是指向了函数的返回地址addr，然后把addr-5，这又会发生什么？

再回头看一下反汇编的代码，

013D1560 push 0 //第一个实参压栈013D1562 call print_out (13D10FAh)//返回地址压栈，本例中是013D1567，然后调用print_out函数013D1567 add esp,8  //两个实参出栈

分析可知，返回地址addr的值是013D1567 ，addr-5为013D1562 ，把返回地址指向了call指令，结果是再次调用print_out函数，

从而print_out函数实现了打印从begin到end之间的所有数字，可以说是循环调用了print_out函数

 

对于add函数，主要是为了说明返回值存放于寄存器eax中。

 

另外，VS自身会提供一些安全检查

CheckStackVar安全检查http://blog.csdn.net/masefee/article/details/5630154，通过ecx和edx传递参数， 局部变量有数组时使用

__security_check_cookie返回地址检查， 数组长度大于等于5时使用

__RTC_CheckEsp程序栈检查，printf函数用使用