【.NET进阶】函数调用--函数栈

原文:http://www.cnblogs.com/rain-lei/p/3622057.html

函数调用大家都不陌生,调用者向被调用者传递一些参数,然后执行被调用者的代码,最后被调用者向调用者返回结果,还有大家比较熟悉的一句话,就是函数调用是在栈上发生的,那么在计算机内部到底是如何实现的呢?
 
对于程序,编译器会对其分配一段内存,在逻辑上可以分为代码段,数据段,堆,栈
代码段:保存程序文本,指令指针EIP就是指向代码段,可读可执行不可写
数据段:保存初始化的全局变量和静态变量,可读可写不可执行
BSS:未初始化的全局变量和静态变量
堆(Heap):动态分配内存,向地址增大的方向增长,可读可写可执行
栈(Stack):存放局部变量,函数参数,当前状态,函数调用信息等,向地址减小的方向增长,非常非常重要,可读可写可执行
如图所示
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寄存器
EAX:累加(Accumulator)寄存器,常用于函数返回值
EBX:基址(Base)寄存器,以它为基址访问内存
ECX:计数器(Counter)寄存器,常用作字符串和循环操作中的计数器
EDX:数据(Data)寄存器,常用于乘除法和I/O指针
ESI:源变址寄存器
DSI:目的变址寄存器
ESP:堆栈(Stack)指针寄存器,指向堆栈顶部
EBP:基址指针寄存器,指向当前堆栈底部
EIP:指令寄存器,指向下一条指令的地址
源代码
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int print_out(int begin, int end)
{
 printf("%d ", begin++);
 int *p;
 p = (int*)(int(&begin) - 4);
 if(begin <= end)
  *p -= 5;
 return 1;
}
 
int add(int a, int b)
{
 return a+b;
}
 
int pass(int a, int b, int c) {
 char buffer[4] = {0};
 int sum = 0;
 int *ret;
 ret = (int*)(buffer+28);
 //(*ret) += 0xA;
 sum = a + b + c;
 return sum;
}
 
int main()
{
 print_out(0, 2);
 printf("\n");
 int a = 1;
 int b = 2;
 int c;
 c = add(a, b);
 pass(a, b, c);
 int __sum;
 __asm
 {
  mov __sum, eax
 }
 printf("%d\n", __sum);
 system("pause");
}
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函数初始化
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  28: int main()
    29: {
011C1540 push ebp //压栈,保存ebp,注意push操作隐含esp-4
011C1541 mov ebp,esp //把esp的值传递给ebp,设置当前ebp
011C1543 sub esp,0F0h //给函数开辟空间,范围是(ebp, ebp-0xF0)
011C1549 push ebx
011C154A push esi
011C154B push edi
011C154C lea edi,[ebp-0F0h] //把edi赋值为ebp-0xF0
011C1552 mov ecx,3Ch //函数空间的dword数目,0xF0>>2 = 0x3C
011C1557 mov eax,0CCCCCCCCh
011C155C rep stos dword ptr es:[edi] 
//rep指令的目的是重复其上面的指令.ECX的值是重复的次数.
//STOS指令的作用是将eax中的值拷贝到ES:EDI指向的地址,然后EDI+4
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一般所用函数的开头都会有这段命令,完成了状态寄存器的保存,堆栈寄存器的保存,函数内存空间的初始化
函数调用
 30: print_out(0, 2);
013D155E push 2 //第二个实参压栈
013D1560 push 0 //第一个实参压栈
013D1562 call print_out (13D10FAh)//返回地址压栈,本例中是013D1567,然后调用print_out函数
013D1567 add esp,8  //两个实参出栈
//注意在call命令中,隐含操作是把下一条指令的地址压栈,也就是所谓的返回地址

 

 
除了VS可能增加一些安全性检查外,print_out的初始化与main函数的初始化完全相同
 
被调用函数返回
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013D141C mov eax,1  //返回值传入eax中
013D1421 pop edi   
013D1422 pop esi   
013D1423 pop ebx //寄存器出栈
013D1424 add esp,0D0h //以下3条命令是调用VS的__RTC_CheckEsp,检查栈溢出
013D142A cmp ebp,esp
013D142C call @ILT+315(__RTC_CheckEsp) (13D1140h)
013D1431 mov esp,ebp //ebp的值传给esp,也就是恢复调用前esp的值
013D1433 pop ebp //弹出ebp,恢复ebp的值
013D1434 ret  //把返回地址写入EIP中,相当于pop EIP
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call指令隐含操作push EIP,ret指令隐含操作 pop EIP,两条指令完全对应起来 
写到这里我们就可以分析一下main函数调用print_out函数前后堆栈(Stack)发生了什么变化,下面用一系列图说明
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接下来是返回过程,从上面的013D1431 行代码开始
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print_out函数调用前后,main函数的栈帧完全一样,perfect!
下面我们来看看print_out函数到底做了什么事情
int *p;
p = (int*)(int(&begin) - 4);
if(begin <= end)
  *p -= 5;
根据上面调用print_out函数后的示意图,可以知道p实际上是指向了函数的返回地址addr,然后把addr-5,这又会发生什么?
再回头看一下反汇编的代码,
013D1560 push 0 //第一个实参压栈
013D1562 call print_out (13D10FAh)//返回地址压栈,本例中是013D1567,然后调用print_out函数
013D1567 add esp,8  //两个实参出栈
分析可知,返回地址addr的值是013D1567 ,addr-5为013D1562 ,把返回地址指向了call指令,结果是再次调用print_out函数,
从而print_out函数实现了打印从begin到end之间的所有数字,可以说是循环调用了print_out函数
 
对于add函数,主要是为了说明返回值存放于寄存器eax中。
 
另外,VS自身会提供一些安全检查
CheckStackVar安全检查http://blog.csdn.net/masefee/article/details/5630154,通过ecx和edx传递参数, 局部变量有数组时使用
__security_check_cookie返回地址检查, 数组长度大于等于5时使用
__RTC_CheckEsp程序栈检查,printf函数用使用
 

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