简单了解函数调用过程

2023-05-16

什么是栈帧

C/C++程序的基本组成部分是函数。

当程序在运行时,每个函数每次调用都会在调用栈上维护一个独立的栈帧,栈帧中维持着函数所需的各种信息。

栈帧也叫过程活动记录,是编译器用来实现过程/函数调用的一种数据结构。

从逻辑上来说,栈帧就是一个函数的执行环境,它一般包括:

1.函数参数

2.函数的返回地址

3.函数的非静态临时变量

4.编译器自动生成的临时变量

5.函数调用的上下文

......

关于函数调用的上下文

我们都知道,栈是由高地址向低地址生长的。

编译器通常使用寄存器ebp指向当前栈帧的底部(高地址)

使用寄存器esp指向当前栈帧的顶部(低地址)


初识函数调用过程

关于函数调用过程,我们需要知道,既然是调用过程,肯定是有调用者与被调用者

一般来说,

调用者的目的是获取被调用者的返回值,

被调用者则需要知道调用者要给它传入的参数以及它要返回的地址。

在对于具体函数的具体分析上,我们通常还需要详细了解有关函数调用约定的知识,在此不表。

函数调用过程大致可以分为两个部分,共有三步

两个部分:

函数调用

函数返回

三步:

1.根据被调用函数名找到函数入口

2.在栈中申请用于存储参数及变量内存空间

3.释放在栈中申请的空间,并返回

函数调用

函数调用分为以下几步:

1.参数入栈,将参数按照函数调用约定依次压入栈中

2.返回地址入栈,将当前指令的下一条指令的地址入栈,供函数返回使用

3.进入被调函数,根据函数名找到函数入口,跳转

4.开辟新的栈帧:

        ebp压栈

        将esp的值赋给ebp

        给新栈帧分配空间

函数返回

函数返回分为以下几步:

1.将返回值保存到eax寄存器

2.恢复并回收栈帧空间

3.将栈底恢复到ebp位置

4.ebp出栈,即恢复ebp位置 

示例分析

#include <iostream>

using namespace std;

int add(int a, int b) {
    int ret = a + b;
    return ret;
}

int main() {
    int a = 5;
    int b = 10;
    int r = add(2, 3);
    return 0;
}

通过反汇编我们可以查看到程序中每一行代码对应的汇编指令。

push    ebp //在栈顶开辟一块空间,用于存放ebp寄存器的值

这里可能会造成理解困难,我们是将edp现在的值压入了栈中,即,将当前栈帧的栈底的地址放入栈顶。这个操作关乎于我们在函数返回时为何可以完整地找回上一个栈帧。

mov    ebp,esp //将esp的值存入ebp中,即将ebp指针指向esp指针的指向
sub esp,0E4h //将esp的值减去0E4h,可以看作开辟出了一块0E4h大小的空间

这两步的图示如下:

之后操作是将寄存器ebx。esi,edi压入栈中,并且将sub esp,0E4h开辟的区域全部初始化为0CCCCCCCCh 

 

 将函数add的参数压栈,由于C/C++默认使用的函数调用约定为__cdcel,关于这个调用约定,我们此处只需要大概了解以下两点:

1.参数由右到左入栈

2.函数调用结束后由函数调用者清除栈内数据。

 所以此时:

通过call指令可以找到add函数入口地址,跳转到add函数处。

 

这里的操作与main函数入口相仿:

 

在进行完函数体内部的运算后,到达return语句

  

 

 

add esp,0CCh //sub的反操作,回收我们所开辟的空间

 由于栈是由高地址向低地址生长的,所以esp减去一个值,自然是拉大了与ebp的距离,换言之也就是给该栈帧开辟出了一块空间,同理,加上一个值是减小了ebp与esp间的距离,回收了一块空间。

mov esp,ebp //与函数调用时的mov ebp,esp相对应

开辟新栈帧的时候,我们直接将原栈帧的栈顶esp作为了新栈帧的栈底ebp,此处要恢复到原栈帧自然也就只需要将新栈帧的ebp恢复为原栈帧的栈顶即可,反操作。很容易理解。

pop ebp //ebp出栈

本身我们ebp指向的这块地址中保存的就是原栈帧的栈底地址,所以出栈后只需要依葫芦画瓢。

注意:

pop 寄存器a

出栈某个值,将出栈的值写入寄存器a中。

依据pop操作,将ebp中的值改回为原栈帧的栈底。

ret //回复返回地址,压入eip,类似于pop eip

 

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