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目录 前言 一、基础知识 1.1 什么是栈区? 1.2 寄存器 1.3 测试代码和一些其它的 二、函数栈帧的创建和销毁的过程 2.1 _tmainCRTStartup函数(调用main函数)栈帧的创建 2.2 main函数栈帧的创建 2.3 main函数内执行有效代码 2.4 Add函数栈帧的创建 2.5 Add函数内执行有效代码 2.6 Add函数栈帧的销毁 2.7 main函数代码继续执行 三、所需反汇编代码总览 四、总结 前言在前期的学习过程中,我们可能会有很多的困惑: 局部变量是怎么创建的?为什么未初始化的局部变量的值是随机值?函数是如何传参的?以及传参的顺序是怎样的?形参和实参是什么关系?函数调用是怎么做的?函数调用结束后是怎么返回的?这里使用的环境是 Visual Studio 2019(原本想用 Visual Studio 2013 的,但是没有安装有),提示不要使用太过高级的编译器,因为越高级的编译器越不容易观察。同时这里需要注意的是在不同的编译器下,函数调用过程中栈帧的创建是略有差异的,不是完全相同的,具体细节取决于编译器 一、基础知识1.1 什么是栈区?C/C++程序内存分配的几个区域: 1. 栈区(stack): 在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。2. 堆区(heap): 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。3. 数据段(静态区)(static): 存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。4. 代码段: 存放函数体(类成员函数和全局函数)的二进制代码今天文章的内容是关于栈区的,其他简单了解即可 接下来,补充一下栈的知识,了解到这就可以了,足够使用了 栈区的使用是从高地址到低地址栈区的使用遵循先进后出,后进先出栈区的放置是从高地址往低地址放置:push 是压栈删除是从低往高删除:pop 是出栈接下来还要了解一个重要的东西,寄存器,寄存器整篇文章都在使用。 -------------------我是分割线------------------ 1.2 寄存器这里简单介绍一些寄存器,其它的先不要过多理解 常见寄存器有eax、ebx、ecx、edx,这四个都当做通用寄存器,保留临时数据,ebp和esp较为特殊 eax"累加器" 它是很多加法乘法指令的缺省寄存器。ebx"基地址"寄存器, 在内存寻址时存放基地址。ecx计数器,是重复(REP)前缀指令和LOOP指令的内定计数器。edx总是被用来放整数除法产生的余数。esi源索引寄存器edi目标索引寄存器 ebp(栈底指针)"基址指针",存放的是地址,用来维护函数栈帧esp(栈顶指针)专门用作堆栈指针,存放的是地址,用来维护函数栈帧1.3 测试代码和一些其它的使用的测试代码(足够简单才好演示): #include int Add(int x, int y) { int z = 0; z = x + y; return z; } int main() { int a = 10; int b = 20; int c = 0; c = Add(a, b); printf("%d\n", c); return 0; }接下来还有一些汇编代码的含义: mov:mov是数据传送指令(move的缩写),用于将一个数据从源地址传送到目标地址sub:减法,subtraction的缩写ea:Load effective address的缩写,取有效地址call:用于调用其他函数add:加法pop:出栈push:入栈或压栈测试编译器使用的是 VS2019,以调试一步步进行演示 准备工作已经做好,接下来开始演示。 -------------------我是分割线------------------ 二、函数栈帧的创建和销毁的过程每一个函数调用,都要在栈区创建一个空间 2.1 _tmainCRTStartup函数(调用main函数)栈帧的创建先了解 main 函数是被谁调用的,按 F10 或 F11 进入调试模式,F10是逐过程,F11是逐语句,打开堆栈 这时看到调用堆栈这个窗口 按F10,按到return 0 时再按一次,调用栈堆会出现以下内容(我使用的VS2019 没有出现,可能编译器版本太高,优化掉了) 这时再看堆栈窗口发现 main 函数被 __tmainCRTStartup() 调用 而 __tmainCRTStartup() 又被 mainCRTStartup() 调用 观察C语言代码所对应的汇编代码,在调试状态下,右击鼠标转到反汇编 转到汇编后,右键 取消符号名,方便查看阅读汇编代码 先看以下汇编代码 编译器会先在栈区处开辟一部分空间给 __tmainCRTStartup() 和 _mainCRTStartup() 函数,并用 esp 和 ebp 维护,先看下这两个函数栈帧开辟情况: 先看第一部分汇编代码,逐条语句解释 push ebp //在栈顶开辟ebp寄存器对应的空间 mov ebp,esp //将esp的值传入ebp中(即将ebp指针移动到原本esp指向的位置) sub esp,0E4h //将esp的内容减去0E4h(将esp移动到原esp-0E4h的位置) push ebx //在栈顶放入ebx push esi //在栈顶放入esi push edi //在栈顶放入edi此时进入main函数(也就是程序调试开始),首先要 push ebp 进行压栈,ebp 在 __tmainCRTStartup() 上面压栈 观察esp ebp 地址的变化,在调试的监视里面查看,push ebp 之后,esp 指向的位置也随之改变 (地址减小) 接下来是 mov ebp,esp ,将esp的值传入ebp中(即将ebp指针移动到esp指向的位置) 接下来 sub esp,0E4h,将esp的内容减去0E4h(将esp移动到原esp-0E4h的位置,esp-0E4h地址减小) 接下来 push ebx ,在栈顶放入ebx,地址依旧减小 接下来 push esi ,在栈顶放入 esi,地址依旧减小 接下来 push edi ,在栈顶放入edi,地址依旧减小 步骤演示图: 接下来: lea edi,[ebp-24h]//将ebp-24h的地址放入edi mov ecx,9//将9放入ecx mov eax,0CCCCCCCCh//将0CCCCCCCCh放入eax rep stos dword ptr es:[edi]//将edi往下ecx个地址的数据全部初始化为0CCCCCCCChlea edi,[ebp-24h],把 ebp - 0E4h 这个地址加载到 edi 里 顺便看一下,ebp-24h 的地址 接下来 mov ecx,9,将9放入ecx mov eax,0CCCCCCCCh ,将0CCCCCCCCh放入eax rep stos dword ptr es:[edi],将edi往下ecx个地址的数据全部初始化为0CCCCCCCCh 说明:这里的数据全部是十六进制数字,数据后面的 h 直接忽略掉即可,它只是编译器十六进制的一种表示形式 这三步执行完,把 edi 这个位置开始向下的 9 行 dword 数据全部改为 0xcccccccc (word是2个字节,dword是4个字节),一共36个字节,一行四字节,共9 行 调试里打开内存监控,内存监控中的内存地址也是向上减小的 步骤演示图: 到这main函数的函数栈帧已经创建好了 2.3 main函数内执行有效代码接下来开始初始化 a、b、c 局部变量,直接看mov初始化,上面两行不用理 mov ecx,0ECC003h call 00EC131B int a = 10; mov dword ptr [ebp-8],0Ah int b = 20; mov dword ptr [ebp-14h],14h int c = 0; mov dword ptr [ebp-20h],0mov dword ptr [ebp-8],0Ah ,把 0Ah(十进制为10) 放到 ebp-8 的位置 mov dword ptr [ebp-14h],14h ,把 14h(20) 放到 ebp-14h的位置 mov dword ptr [ebp-20h],0 ,把 0 放到 ebp-20h的位置 到这里a,b,c 已经初始化完成了 步骤演示图: 接下来: 1. mov eax,dword ptr [ebp-14h] 2. push eax 3. mov ecx,dword ptr [ebp-8] 4. push ecxmov eax,dword ptr [ebp-14h] ,把 ebp-14h 的值0000 0014(十进制是20)放到 eax 里去 push eax ,压栈 eax(20),esp指向的位置也随之改变 (地址减小) mov ecx,dword ptr [ebp-8] ,把 ebp-8 的值0000000a(十进制是10) 放到 ecx 里去 push ecx ,压栈 ecx(10),esp指向的位置也随之改变 (地址减小) 步骤演示图:(截一部分,用不到的先不截) 接下来为call 指令,按下F11,此时就正式进入Add函数内部 并为其开辟栈帧,详情见下文 2.4 Add函数栈帧的创建按 F11,进入到 Add 函数 ,该add 函数地址不一定与main 函数地址相连,但是add 函数的地址一定在main 函数地址上面 call 00EC131Bcall 指令调用 Add 函数,这里逐语句(F11)执行,发现这里竟然存储着下一条指令的地址,事实上 call 指令把下一条指令的地址压栈了(为了 Add 函数结束后能找回来),esp 地址也跟着变化 进入 Add 函数前,会先为 Add 函数开辟函数栈帧,这这些操作跟先前main函数开辟函数栈帧操作一样,所以这里就不细谈了 push ebp//将ebp上移 mov ebp,esp//将esp内容放入ebp(移动ebp) sub esp,0CCh//esp-0CCh(为Add开辟空间) push ebx//在栈顶放入ebx push esi//在栈顶放入esi push edi//在栈顶放入edi lea edi,[ebp-0Ch]//ebp-0Ch的空间 mov ecx,3//3存入ecx mov eax,0CCCCCCCCh//存入eax rep stos dword ptr es:[edi]//esp往下0ch的空间进行赋值首先,push ebp把ebp压栈到栈顶,再mov把esp赋给ebp,再sub,把esp-去0CCh,此步骤就是在为Add函数开辟空间,接着进行三次push,同main函数那样,同理,依旧是赋值为CCCCCCCC,详细过程不再赘述,跟上文main函数一样,如图所示: 详细: 简图: 2.5 Add函数内执行有效代码 mov ecx,0ECC003h call 00EC131B int z = 0; mov dword ptr [ebp-8],0 //把 0 初始化到 ebp-8 的位置 z = x + y; mov eax,dword ptr [ebp+8] //把 ebp+8 的值 10 放到 eax 里 add eax,dword ptr [ebp+0Ch] //把 ebp+0ch 的值 20 和 eax 的值 10 相加 mov dword ptr [ebp-8],eax //把 eax 的值 30 放到 ebp-8(z) 里去 return z; mov eax,dword ptr [ebp-8] //把 ebp-8 的值 30 放到 eax 里去首先,把0放到ebp-8的位置上,接着mov把ebp+8的值放到eax里头去,此时eax就是10。再add给eax加上ebp+0ch,就是把20加进去,此时eax就是30,加完后再把eax(30)放到ebp-8里头去,最终的结果(30)放到z里头去。 接下来就要进行返回了,也就是Add函数栈帧的销毁,见下文 2.6 Add函数栈帧的销毁 return z; mov eax,dword ptr [ebp-8] //把ebp-8的值(30)放到eax里头去 } pop edi //出栈,释放为edi创建的栈区 pop esi //出栈,释放为esi创建的栈区 pop ebx //出栈,释放为exb创建的栈区 add esp,0CCh //为esp地址+0CCh,即退出Add程序的栈区空间 cmp ebp,esp 不理会 call 00EC1244 不理会 mov esp,ebp //ebp的值赋给esp,此时esp和ebp相同 pop ebp //弹出ebp ret //返回mov eax,dword ptr [ebp-8] ,把ebp-8的值(30)放到eax里头去 pop edi ,出栈,释放为edi创建的栈区,地址开始增大 pop esi ,出栈,释放为esi创建的栈区,地址继续增大 pop ebx ,出栈,释放为exb创建的栈区,地址继续增大 步骤演示图: add esp,0CCh ,为esp地址+0CCh,即退出Add程序的栈区空间 ,此时esp和ebp相同 步骤演示图: mov esp,ebp ,ebp的值赋给esp,此时esp和ebp依旧相同 pop ebp ,弹出ebp,并将ebp所指向的main函数的起始地址赋值给了ebp指针,esp指针向高位移动,esp和ebp重新开始维护main函数的栈区空间 ret ,返回到main函数,在执行 ret 指令时,esp指针就指向了栈顶存放的call指令的下一条指令的地址, 步骤演示图: 此时Add函数的栈帧算是真正销毁 2.7 main函数代码继续执行 add esp,8 mov dword ptr [ebp-20h],eax printf("%d\n", c); mov eax,dword ptr [ebp-20h] push eax push 0EC7B30h call 00EC10D2 add esp,8 return 0; xor eax,eaxadd esp,8 ,而这一条指令的意思,是往esp里加8,即向高位移动,实际上这条指令就是在销毁我们的形参 步骤演示图: mov dword ptr [ebp-20h],eax ,把eax的值放到ebp-20h上,而eax就是我们出Add函数时计算的和 接下来就是打印值和 main函数函数栈帧销毁,都与上面类似,这里不多做赘述 -------------------我是分割线------------------ 三、所需反汇编代码总览add 函数 int Add(int x, int y) { push ebp mov ebp,esp sub esp,0CCh push ebx push esi push edi lea edi,[ebp-0Ch] mov ecx,3 mov eax,0CCCCCCCCh rep stos dword ptr es:[edi] mov ecx,0ECC003h call 00EC131B int z = 0; mov dword ptr [ebp-8],0 z = x + y; mov eax,dword ptr [ebp+8] add eax,dword ptr [ebp+0Ch] mov dword ptr [ebp-8],eax return z; mov eax,dword ptr [ebp-8] } pop edi pop esi pop ebx add esp,0CCh cmp ebp,esp call 00EC1244 mov esp,ebp pop ebp retmain函数 int main() { push ebp mov ebp,esp sub esp,0E4h push ebx push esi push edi lea edi,[ebp-24h] mov ecx,9 mov eax,0CCCCCCCCh rep stos dword ptr es:[edi] mov ecx,0ECC003h call 00EC131B int a = 10; mov dword ptr [ebp-8],0Ah int b = 20; mov dword ptr [ebp-14h],14h int c = 0; mov dword ptr [ebp-20h],0 c = Add(a, b); mov eax,dword ptr [ebp-14h] push eax mov ecx,dword ptr [ebp-8] push ecx call 00EC10B4 add esp,8 mov dword ptr [ebp-20h],eax printf("%d\n", c); mov eax,dword ptr [ebp-20h] push eax push 0EC7B30h call 00EC10D2 add esp,8 return 0; xor eax,eax } pop edi pop esi pop ebx add esp,0E4h cmp ebp,esp call 00EC1244 mov esp,ebp pop ebp ret 四、总结1、局部变量是怎么创建的? 首先为这个函数分配好栈帧空间,并初始化一部分空间为0xcccccccc,再为局部变量分配空间并初始化 2、为什么未初始化的局部变量的值是随机值? 在开辟好栈帧空间后,会初始化 0xcccccccc 这样的随机值,而局部变量的初始化操作就会将随机值覆盖 3、函数是如何传参的?以及传参的顺序是怎样的? 在调用函数前,会先将函数参数从后向前依次压栈,而进入函数后,它会通过指针的偏移量找到形参 4、形参和实参是什么关系? 形参是在压栈时开辟的空间,实参和形参只是值相同,空间是独立的。所以形参是实参的一份临时拷贝,改变形参不会改变实参 5、函数调用是怎么做的? 函数调用前,它会记住下一条指令的地址,这样做是为了函数结束后能回的来 6、函数调用结束后是怎么返回的? 函数调用结束会通过下一条指令的地址返回,这也是为什么要压栈下一条指令的地址。在返回前它会将计算好的值放在 eax 里 -------------------我是分割线------------------ 这里只是对函数栈帧的创建和销毁简单描述,需要更详细的百度即可 写完这篇文章给我的感觉就是图真难画.... -------------------我是分割线------------------ 文章就先到这 |
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