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我是CPU阿甘,今天要讲一讲函数调用的秘密,这个确实有点复杂,想透彻的理解机器代码层面的函数调用不容易。

我也是从无数的指令中悟出这个函数调用的秘密的, 所以慢慢来,不要急。 放松心情,慢慢的品味,你可能需要多看几遍才能明白。

但是你一旦理解了,绝对物超所值,因为你会了解到汇编,寄存器,指针,以及他们在一起到底是怎么工作的。

首先, 一个程序的有指令都老老实实的放在内存的一个地方,这个地方是Linux老大分配的,我干涉不了,但是这些指令都是我打电话通知硬盘,让他给运输到内存的。 
然后Linux老大就会告诉我程序的入口点,其实就是第一条指令的存放地址,我就打电话问内存要这个指令,取到指令以后就开始执行。这些指令当中无非有这么几类:

  1. 把数据从内存加载我的寄存器里什么?(寄存器就是CPU内部的一个临时的数据存储空间了);
  2. 对寄存器的数据进行运算,例如把两个寄存器的数加起来;
  3. 把我寄存器的数据再写到内存里。

但是我一旦遇到像这样的指令。

当把寄存器ebp的值压到栈里去,我就知道好戏要上场了,函数调用就会开始。 

我们这些x86体系的机器有个特点,就是每个函数调用都会创建一个所谓的“帧”
哈哈, 不要被这些术语吓坏, 其实帧也就是我哥们内存中的一段连续的空间而已。像这样: 

多个函数帧在内存里排起来, 就像一个先进后出的栈一样,不过,这个栈不像我们常见的栈,栈底在下面。相反,这个栈的栈底在上面,是从上往下生长的 (或者说是从高地址向低地址生长的)。
内存经常向我抱怨:"阿甘,你知道吗,每次我看到这个栈,都有一种真气逆行的感觉,半天都调整不过来 " 
但内存不知道,我有一个叫ebp的特殊寄存器,一直会指向当前函数在一个栈的开始地址。我还有另外一个特殊寄存器,叫做esp。他会随着指令的运行,指向函数帧的最后的地址,像这样:现在这个指令来了:

“把寄存器ebp的值压到栈里去”

“把esp的值赋给ebp”
你看看,是不是新的函数帧生成了?只不过现在只有一行数据。ebp和esp指向同一地址。函数帧的第一行的地址是800,里边的内容是1000,也就是上个函数帧的地址。
注意,我们每次操作的是4个字节,所以原来esp 的地址是804,现在变成了800我又问内存要下一条指令:

“把esp 的值减去24”

下面几条指令是这样的:

“把10放到ebp 减去4的地址” (其实就是796嘛)

“把20放到ebp减去8的地址” (其实就是792嘛)

你们知道这是干什么吗? 我想了好久才明白这是干嘛, 这其实就是在分配函数的局部变量啊我猜源代码应该是这样的:int x = 10;int y = 20;在我看来, x, y 只是变量, 他们叫什么根本不重要, 重要的是他们的值和地址!下面几条指令很有意思:

“把地址796作为数据放到 esp指向的地址” (其实就是776嘛)

“把地址792作为数据放到 esp+4指向的地址” (其实就是780嘛)

这又是在干嘛?

这其实就相当于把 x 的指针 &x和 y 的指针 &y ,放到了特定的地方, 准备着要做什么事情 , 可能要调用函数了。

所以,所谓的指针就是地址而已。

我猜程序员写的代码应该是这样:int x = 10;int y = 20;int sum= add(&x, &y); 接下来的指令是这样:

“调用函数 add”
我看到这样的函数就需要特别小心, 因为我必须要找到 add函数返回以后的那条指令的地址, 把它也压到栈里去。

int x = 10;
int y = 20;
int sum = add(&x, &y);
printf("the sum is %d\n",sum);// 假设这条指令的地址是100

注意啊, 把函数调用结束的以后的返回地址100压入栈以后, esp 也发生变化了, 指向了772的位置我会找到函数Add 的指令,继续执行

“把寄存器ebp的值压到栈里去”

“把esp的值赋给ebp”

“把寄存器ebx的值压入栈”

你看每个函数的开始指令都是这样, 我猜这应该是一种约定吧这里额外把ebx这个寄存器压入栈, 是因为ebx可能被上个函数使用, 但是在add函数中也会用 , 为了不破坏之前的值, 只有先委屈一下暂时放到内存里吧。

接下来的指令是:

“把ebp 加8的数据取出来放到 edx 寄存器” (ebp+8 不就是地址776嘛,其中存放的是&x的地址,这就是取参数了)
“把ebp 加12的数据取出来放到 ecx 寄存器” (ebp+12 不就是地址780嘛, 其中存放的是&y的地址)

注意啊,现在edx的值是796,ecx的值是792,但他们仍然不是真正的数据,而是指针(地址)!
“把edx 指向的内存地址(796)的数据取出来,放到ebx 寄存器”
“把ecx 指向的内存地址(792)的数据取出来,放到eax寄存器” 
此时此刻,终于取到了真正的值,ebx = 10,eax = 20你晕了没有?  

如果你到此已经晕了,建议你再读一遍。

我想源代码应该非常的简单,就是这样:

int add(int *xp , int *yp)
{
    int x = *xp;    int y = *yp;   
     ....
}

“把ebx 和 eax 的值加起来,放到 eax寄存器中”

 这个指令我最擅长做了。接下来的指令也很关键, add 函数已经调用完成, 准备返回了 

“把esp 指向的数据弹出的ebx寄存器”

“把esp 指向的数据弹出到ebp寄存器”

你看add 函数帧已经消失了,或者换句话说,add 函数帧的数据还在内存里,只是我们不在关心了!

接下来的指令非常的关键:

“返回”

我就会取出那个返回地址,也就是 100,去这里找指令接着执行其实就是这条语句:

 printf("the sum is %d\n",sum);

问你一个问题,sum的值在那里保存着呢? 对,是在eax寄存器里 !
搞定了,看着很复杂,其实看透了也挺简单吧。

函数调用,关键就是:

(1)把参数和返回地址准备好;

(2)然后大家都遵循约定, 每次新函数都要建立新的函数帧:

“把寄存器ebp的值压到栈里去”

“把esp的值赋给ebp”

(3) 函数调用完了,重置 ebp 和esp,让他们重新指向调用着的栈帧。

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posted on 2016-11-15 17:07  RunningSnail  阅读(1035)  评论(0编辑  收藏  举报