C语言函数调用堆栈详情分析

2022-11-13 12:11:20 函数 调用 堆栈

 一、C函数栈帧开辟以及回退过程

__cdecl(C语言默认调用方式,函数参数8字节以内,使用push。本节采用此方式)

main函数的栈帧调用sum函数的栈帧,sum函数栈帧使用完了以后回退都是怎么进行的,要搞清楚这个问题必须得看汇编代码,汇编代码分为两种:inter x86(windows)和AT&T(unix)。这两种汇编非常相似,x86的汇编是从右向左看,unix的汇编是从左向右看的。

局部变量都是通过栈底指针ebp偏移访问,不生成符号,不属于数据,属于指令。

形参压栈在C/C++中是从右向左压栈,因为要支持可变长参数,如果从左向右,编译器就不知道用户传入了多少实参,形参内存是在调用函数栈帧中开辟,每压栈一个实参,都会开辟一个形参的空间,栈顶指针esp都会减4字节。

实参压栈完成后需要调用call指令来执行sum函数,执行完sum函数后,执行完sum函数后需要回到调用指令(call)的下一条指令继续执行。

call指令做两件事:

  • 1.把下一行指令的地址入栈
  • 2.jmp跳转

栈空间图:

执行call指令后,程序调到这里,不是sum函数的指令部分

在编译阶段,所有汇编指令代码引用符号的地方全部不是合法的地址(因为我们当前文件可能引用外部的符号,而编译阶段是独立编译的,我们链接的时候才会进行符号解析、合并符号表等操作,之后再给符号分配内存地址),对于数据符号来说是零地址,对于函数符号来说是-4。那么当我们在链接阶段符号解析完成以后,得到每一个符号的具体地址,给数据符号分配的地址是绝对地址,给函数符号分配的地址是与下一行指令地址的一个偏移量,这样当程序需要跳转到某个函数地址的时候,取出PC寄存器保存的地址与该偏移量相加就得到函数的入口地址。

计算相对偏移量后就进入了sum函数,先执行下面一段指令,才执行我们写的sum函数

每次执行一个函数前要执行三个操作:

  • 把调用方的栈底地址入栈(push ebp),让ebp指针指向当前函数的栈底(mov ebp,esp)
  • 移动栈顶指针esp,给被调用函数开辟栈帧(sub esp 44h)
  • 初始化新栈帧内存,把esp和ebp之间所有的栈内存全部初始化成0xCCCCCCCC(rep stos dWord ptr [edi])无效值。

linux为栈帧不分配初始值,windows会分配初始值,为0xCCCCCCCC(-858993460)

然后执行sum函数的指令:

局部变量通过栈底指针ebp负向偏移访问,形参通过ebp正向偏移访问,eax为a+b的计算结果,将计算结果赋值给temp,return的时候将temp的值赋值给eax,给调用方返回

栈帧清退:

可以看到,开辟栈帧的时候我们对占内存进行了初始化,但是栈帧清退的时候仅仅就是修改了esp和ebp,没有做其他任何操作,如果我们此时通过一些手段去访问已被清退栈帧的内存,还是可以访问到的,因为数据还存在

参数清除:

sum函数执行完成后,从PC寄存器中取出地址继续执行,这里PC寄存器存放的是call指令的下一行地址,这条指令做的操作是回退形参变量占的内存,形参内存由调用方开辟和释放。sum函数返回值由eax寄存器带回来。

在被调用方执行完成后,通过pop ebp就知道应该回到哪(恢复栈底),再通过ret指令就知道回到哪以后从哪一行指令开始运行(取出栈顶元素放到PC寄存器里面,而栈顶元素存的就是call的下一行地址)
sum函数栈底保存的是main的栈底地址,main函数栈底保存的是调用main的函数的栈底地址

二、C函数调用约定和返回值

函数调用约定和返回值

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