【.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

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

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");
}

函数初始化

  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

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

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

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

 

  

接下来是返回过程，从上面的013D1431 行代码开始

    

 

   

 

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