函数调用中栈的妙用

[原文:http://blog.csdn.net/eroswang/archive/2007/12/24/1965532.aspx]

理解调用栈最重要的两点是:栈的结构,EBP寄存器的作用。

首先要认识到这样两个事实:

1、一个函数调用动作可分解为:零到多个PUSH指令(用于参数入栈),一个CALL指令。CALL指令内部其实还暗含了一个将返回地址(即CALL指令下一条指令的地址)压栈的动作。

2、几乎所有本地编译器都会在每个函数体之前插入类似如下指令:PUSH EBP; MOV  ESP EBP;

即,在程序执行到一个函数的真正函数体时,已经有以下数据顺序入栈:参数,返回地址,EBP。
由此得到类似如下的栈结构(参数入栈顺序跟调用方式有关,这里以C语言默认的CDECL为例):

+| (栈底方向,高位地址) |
 | .................... |
 | .................... |
 | 参数3                |
 | 参数2                |
 | 参数1                |
 | 返回地址             |
-| 上一层[EBP]          | <-------- [EBP]

“PUSH EBP”“MOV EBP ESP”这两条指令实在大有深意:首先将EBP入栈,然后将栈顶指针ESP赋值给EBP。“MOV EBP ESP”这条指令表面上看是用ESP把EBP原来的值覆盖了,其实不然——因为给EBP赋值之前,原EBP值已经被压栈(位于栈顶),而新的EBP又恰恰 指向栈顶。

此时EBP寄存器就已经处于一个非常重要的地位,该寄存器中存储着栈中的一个地址(原EBP入栈后的栈顶),从该地址为基准,向上(栈底方向)能获取返回地址、参数值,向下(栈顶方向)能获取函数局部变量值,而该地址处又存储着上一层函数调用时的EBP值!

一般而言,ss:[ebp+4]处为返回地址,ss:[ebp+8]处为第一个参数值(最后一个入栈的参数值,此处假设其占用4字节内存),ss:[ebp-4]处为第一个局部变量,ss:[ebp]处为上一层EBP值。

由于EBP中的地址处总是“上一层函数调用时的EBP值”,而在每一层函数调用中,都能通过当时的EBP值“向上(栈底方向)能获取返回地址、参数值,向下(栈顶方向)能获取函数局部变量值”。
如此形成递归,直至到达栈底。这就是函数调用栈。

编译器对EBP的使用实在太精妙了。

从当前EBP出发,逐层向上找到所有的EBP是非常容易的:

unsigned int _ebp;
__asm _ebp, ebp;
while (not stack bottom)
{
    //...
    _ebp = *(unsigned int*)_ebp;
}

如果要写一个简单的调试器的话,注意需在被调试进程(而非当前进程——调试器进程)中读取内存数据。  

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C代码:

int fun(int para)
{
  int a=0;


  return 0;
}

void main()
{

  fun(1);


}

汇编代码:

1:
2:
3:    int fun(int para)
4:    {
0040B810   push        ebp                                  ;保护寄存器ebp
0040B811   mov         ebp,esp                           ;此时ebp=esp;此后ebp一般不变
0040B813   sub         esp,44h                            ;44即为40Bytes间隔空间+fun内部变量占有空间,此时fun仅定义一int型变量a,故为4Bytes
0040B816   push        ebx                                    ;保护ebx
0040B817   push        esi                                     ;保护esi
0040B818   push        edi                                     ;保护edi


0040B819   lea         edi,[ebp-44h]                      ;以下四条代码将44Bytes空间置为0CCCCCCCCh
0040B81C   mov         ecx,11h
0040B821   mov         eax,0CCCCCCCCh
0040B826   rep stos    dword ptr [edi]

;以下为自己写的代码

5:      int a=0;
0040B828   mov         dword ptr [ebp-4],0
6:
7:
8:      return 1;
0040B82F   mov         eax,1                                 ;返回值被放入eax
9:    }
0040B831   pop         edi
0040B832   pop         esi
0040B833   pop         ebx
0040B834   mov         esp,ebp
0040B836   pop         ebp
0040B837   ret

10:
11:   void main()
12:   {
0040B790   push        ebp
0040B791   mov         ebp,esp
0040B793   sub         esp,40h
0040B796   push        ebx
0040B797   push        esi
0040B798   push        edi
0040B799   lea         edi,[ebp-40h]
0040B79C   mov         ecx,10h
0040B7A1   mov         eax,0CCCCCCCCh
0040B7A6   rep stos    dword ptr [edi]
13:
14:     fun(1);
0040B7A8   push        1                                              ;参数入栈
0040B7AA   call        @ILT+25(fun) (0040101e)
0040B7AF   add         esp,4                                       ;等效于参数出栈,恢复esp。(此时参数为1 个int型数据,占4Bytes)
15:
16:
17:   }
0040B7B2   pop         edi
0040B7B3   pop         esi
0040B7B4   pop         ebx
0040B7B5   add         esp,40h
0040B7B8   cmp         ebp,esp
0040B7BA   call        __chkesp (004010a0)
0040B7BF   mov         esp,ebp
0040B7C1   pop         ebp
0040B7C2   ret

归纳调用fun的过程为:

(1)参数入栈

(2)调用fun,保护断点,EIP入栈(内部完成,无汇编代码)

(3)保护寄存器ebp

(4)定位新的ebp,此后ebp一般不变

(5)保护ebx,esi,edi

(6)初始化40Bytes间隔空间和fun内部变量

此过程,数据空间变化如下:

(1)参数入栈

     |低地址|...|参数值|...|高地址| ...

                       ^esp指向此                   ^ebp指向某一位置

(2)调用fun,保护断点,EIP入栈(内部完成,无汇编代码)

     |低地址|...|fun返回函数地址|参数值|...|高地址| ...

                       ^esp指向此                                                ^ebp指向某一位置

(3)保护寄存器ebp

     |低地址|...|ebp入栈值|fun返回函数地址|参数值|...|高地址| ...

                       ^esp指向此                                                ^ebp指向某一位置

(4)定位新的ebp,此后ebp一般不变

     |低地址|...|ebp入栈值|fun返回函数地址|参数值|...|高地址| ...

                       ^esp和ebp指向此                                               

(5)保护ebx,esi,edi

     |低地址|...|edi入栈值|esi入栈值|ebx入栈值|40Bytes间隔空间|fun内部变量值|ebp入栈值|fun返回函数地址|参数值|...|高地址| ...

                       ^esp指向 此                                                                                            ^ebp指向(ebp入栈值)                                     

(6)初始化40Bytes间隔空间和fun内部变量

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 曾看到一程序:

#include "stdio.h"

int fun()
{
int a=0;
int* p=&a;
p=p+2;
*p=*p+3;

return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
int i=1;

fun();
i++;
printf("%d",i);

return 0;
}

下面是其中两段汇编代码:

...

15:   int i=1;
0040B558   mov         dword ptr [ebp-4],1
16:
17:   fun();
0040B55F   call        @ILT+10(fun) (0040100f)
18:   i++;
0040B564   mov         eax,dword ptr [ebp-4]
0040B567   add         eax,1
0040B56A   mov         dword ptr [ebp-4],eax

...

5:    int a=0;
0040B508   mov         dword ptr [ebp-4],0
6:    int* p=&a;
0040B50F   lea         eax,[ebp-4]
0040B512   mov         dword ptr [ebp-8],eax
7:    p=p+2;
0040B515   mov         ecx,dword ptr [ebp-8]
0040B518   add         ecx,8
0040B51B   mov         dword ptr [ebp-8],ecx
8:    *p=*p+3;
0040B51E   mov         edx,dword ptr [ebp-8]
0040B521   mov         eax,dword ptr [edx]
0040B523   add         eax,3
0040B526   mov         ecx,dword ptr [ebp-8]
0040B529   mov         dword ptr [ecx],eax
9:
10:   return 0;
0040B52B   xor         eax,eax
11:   }

...

其数据空间为:

     |低地址|...|40Bytes间隔空间|p的值|a的值|ebp入栈值|fun返回函数地址|参数值|...|高地址| ...

                                                                             ^ebp指向|ebp入栈值|

由于p=&a,p指向|a的值|,则执行p=p+2后,p指向|fun返回函数地址|

跟踪程序|fun返回函数地址|=0040B564 ,执行的*p=*p+3,|fun返回函数地址|=0040B567  

即fun返回后程序从地址0040B567执行,跳过0040B564 处的代码mov         eax,dword ptr [ebp-4],使得结果i=1,而不是i=2。

 

posted @ 2009-11-08 11:53  YY哥  阅读(924)  评论(0编辑  收藏  举报