从汇编层面看c/c++函数调用过程

函数调用分析

前置知识：

全局变量：在函数内部定义的变量
局部变量：在函数外部定义的变量
esp：存储当前函数栈底的地址
ebp：存储当前函数栈顶的地址

对于函数形参（实际上）：

简单：cpu寄存器中
复杂：栈中开空间

函数调用机制：

局部变量占用的内存是在程序执行过程中“动态”地建立和释放的。这种“动态”是通过栈，由系统自动管理进行的，当任何一个函数调用发生时，系统都要做以下工作：
1. 建立栈帧空间
2. 保护现场：主调函数运行状态和返回地址入栈
3. 为被调函数传递数据（进行实参和形参的结合），同时形参获得存储空间，接着给局部变量分配空间
4. 执行被调函数函数体
5. 当被调函数执行完成，释放被调函数中局部变量占用的栈空间
6. 恢复现场：取主调函数运行状态及返回地址，释放栈帧空间
7. 继续主调函数后续语句

以下面函数调用为例，进行分析：

#include <stdio.h>
#include <iostream>
using  namespace std;

int sum(int a, int b)
{
    int temp = 0;
    temp = a + b;
    return temp;
}

int main(void)
{
    int a = 10; 
    int b = 20;
    
    int ret = sum(a, b);
    cout << "ret:" << ret << endl;
    
    return 0;
}

步骤：

为main函数开辟栈帧空间，执行下面两条代码，为局部变量a和b分配内存
```
int a = 10; // mov dword ptr[ebp-4], 0Ah
int b = 20; // mov dword ptr[ebp-8], 14h
```
执行int ret = sum(a, b);，先在栈中为局部变量ret分配空间，然后从右向左将参数压入栈中，即为sum函数形参变量分配内存空间（所以不是进入sum函数后再为形参变量分配空间），转换为汇编指令如下：
```
mov eax, dword ptr[ebp-8] ;dword ptr[ebp-8]为main函数中变量b的值
push eax
mov eax, dword ptr[ebp-4] ;dword ptr[ebp-4]为main函数中变量a的值
push eax
```

进入sum函数之前，保存下一条指令的地址

call sum ; 将下一行指令的地址入栈

; 以下为sum函数返回后要执行的指令
add esp, 8 	;地址为0x08124458，将这行指令的地址入栈（作用后面会分析）
mov dword ptr[ebp-0Ch], eax

进入sum函数，执行sum函数左大括号与第一行语句之间的指令（并不是直接就执行第一行语句），有如下指令：
1. 保存主调函数main函数的栈底地址
```
push ebp  ;将当前的ebp指向的地址入栈
```
2. 移动ebp指向sum函数的栈底（即指向当前函数的栈底）
```
mov ebp, esp
sub esp, 4Ch  ;为sum函数开辟栈帧空间，esp指向栈顶，4Ch是用于举例
```
  - 如果是window编译器下，可能还有一行指令为新开辟的栈帧初始化（gcc和g++不会初始化）：
```
rep stos ;相当于for循环，将新开辟的栈帧空间的值，置为0xCCCCCCCC
```
  - 定义一个局部变量，如果没有赋值，打印结果如下（如果允许打印，可能报错）：
```
int a;
cout << a << endl; // -858993460，即0xCCCCCCCC
```

执行sum函数的函数体

int temp = 0; 
temp = a + b;  
return temp;

换成汇编指令

mov dword ptr[ebp-4], 0			;为temp变量分配内存
mov eax, dword ptr[ebp+0Ch] 	;取出a的值存入eax寄存器
add eax, dword ptr[ebp+8] 		;执行a+b，并将结果存入eax寄存器
mov dword ptr[ebp-4], eax		;取出eax寄存器中的值，存入temp变量中
mov eax,dword ptr[ebp-4]		;再将temp变量的值存入eax寄存器中

执行sum函数最后一条语句与右大括号之间的指令
1. 回退栈帧，释放栈空间
```
mov esp, ebp 	;回退栈帧
```
  - 虽然回退栈帧，并没有清理栈空间中保存的值，可以写出以下代码取得变量的值，但是这是非常危险的行为，所以不要返回局部变量的地址
```
int *func()
{
    int data = 10;
    return &data; // 不安全
}
int *p = func(); 
cout << *p << endl; // 10，能正确打印

// 在中间调用了其他函数，就有可能会覆盖刚刚的栈空间
int *p = func();
func2();
cout << *p << endl; // 返回未知的值
```
2. 将当前栈顶元素0x0018ff40出栈，并赋值给ebp, 相当于ebp回到指向主调函数main函数的栈底
```
pop ebp	
```
3. 将当前栈顶元素0x8124458出栈，并将值存入CPU的PC寄存器（用于存放下一条执行指令）里面，此时已经回到main函数的栈空间
```
ret
```
执行pc寄存器中保存的指令，即执行进入sum函数时保存的下一行指令
```
add esp, 8	;释放形参变量的内存空间
```
将sum函数返回时，保存在eax寄存器中的值赋值给ret变量
```
mov dword ptr[ebp-0Ch], eax
```

补充（不同数据大小使用不同的寄存器）：

<= 4 eax

>4 && <= 8 eax edx

>8 寄存器不够用，产生临时量带出返回值

posted @ 2024-08-02 21:03 YOLO_01 阅读(240) 评论(0) 收藏举报

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