函数调用的底层机制

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函数调用的底层机制 作者: apf::detrox

这是一篇介绍C语言中的函数调用是如何用实现的文章。写给那些对C语言各种行为的底层实现感兴趣人的入门级文章。如果你是C语言或者汇编、底层技术的老鸟或是对这个问题不感兴趣,那么这篇文章只会耽误您的时间,您大可不必阅读他。当然如果前辈们愿意为我指出不足,我将十分感谢您的指导,并对耽误您宝贵的时间致歉。 好了,废话少说!要研究这个问题,让我们先打开VC++吧。最好是6.0的,:-P。(什么你没有VC++,倒!....赶快装一个!@#$,要快!) 首先,让我们在VC++里建立一个Win32 Console Application项目,并建立主文件fun.c。并输入以下内容。

int fun(int a, int b) { a = 0x4455; b = 0x6677; return a + b; } int main() { fun(0x8899,0x1100); return 0; } 之后,最关键的是在项目设置里关闭优化功能。也就是把Project->Setting->C/C++->Optimizations选为Disabled。编译器的优化在分析底层实现时大多数情况不太受欢迎。 按键盘上的F10键,进入单步调试模式(Step Over)。看到你的main函数左侧有个黄色的小箭头了吗?那个就是程序即将执行的语句。按Alt + 8。打开反编译窗口,看到汇编语句了吗?是不是想这个样子

==> 00401078 push 1100h 0040107D push 8899h 00401082 call @ILT+5(fun) (0040100a) 00401087 add esp,8 看到两个PUSH指令了吗?再看看后面的数字,不正是我们要传递的参数吗。奇怪阿?我们明明是先传递的0x8899怎么反倒先push 1100h呢?呵呵,这个现象就叫Calling conversion。究竟是何方神圣,我在后面会详细的给你解释的。先别着急。随后的Call指令的作用就是开始调用函数了。 接下来关掉反汇编窗口,在源代码窗口按F11(Step Into)进入函数体。当看到那个黄色的小箭头指向函数名的时候再调出反汇编窗口(Alt+8)。你会看到类似下面的代码:

1: int fun(int a, int b) { 00401000 push ebp 00401001 mov ebp,esp 00401003 sub esp,40h 00401006 push ebx 00401007 push esi 00401008 push edi 00401009 lea edi,[ebp-40h] 0040100C mov ecx,10h 00401011 mov eax,0CCCCCCCCh 00401016 rep stos dword ptr [edi] 2: a = 0x4455; 00401018 mov dword ptr [ebp+8],4455h 3: b = 0x6677; 0040101F mov dword ptr [ebp+0Ch],6677h 4: return a + b; 00401026 mov eax,dword ptr [ebp+8] 00401029 add eax,dword ptr [ebp+0Ch] 5: } 0040102C pop edi 0040102D pop esi 0040102E pop ebx 0040102F mov esp,ebp 00401031 pop ebp 00401032 ret VC++就是好,还在难懂的汇编语句前加入了C语言的源代码。不过同时也有不少我们不需要的代码。因此,你只需要关心红色的部分就可以了。 奇怪阿?不是参数都用push传递了吗?怎么没看到被pop出来?问题其实是这样,当你调用Call进入函数的时候Call背着你做了一件事。call把它下一条语句的地址push进了堆栈。(旁人: 什么!这是为什么?)原因很简单,因为函数调用完了,要用ret返回。而ret怎么知道返回哪里呢?对了, ret指令pop了call指令push给他的地址(搞清楚这个关系哦),然后返回到了这个地址。call和ret配合的如此绝妙,一个PUSH一个POP肯定不会让堆栈不平衡的(老外叫no stack unwinding)。现在明白了,如果你来个pop eax,那eax里面是什么?当然是ret要用的返回地址了。好啦,你要是pop eax就等于抢了ret要用的东西了。不论曾程序流程和道德标准上你做的都不对 :-P。 可是怎么在函数体里使用参数呢?问题其实并不难,既然参数在堆栈里我们就可以使用esp(堆栈指针)来访问了。不过,我相信你也想到了。esp是个经常变化的值。一旦,函数里出现pop或push他就会变化。这样很不容易定位参数的于内存中的位置。因此,我们需要一个不会变化的东西作为访问参数的基准。看看函数体的开头部分:

00401000 push ebp 00401001 mov ebp,esp 先用push ebp保存了原来ebp的值再把esp的值给ebp。原来ebp就是用来做基准的。也难怪他被称为ebp(Base Pointer)。很自然ret返回前的pop ebp就是恢复原来ebp的数值喽。当然一定要恢复,因为函数里也可以调用函数嘛。每个函数都用ebp,自然要保证使用完后完璧归赵了。现在当函数执行到 mov ebp, esp后堆栈应该变成这个样子了。

/-------------------\ Higher Address | 参数2: 0x1100h | +-----------------+ | 参数1: 0x8899h | +-----------------+ | 函数返回地址 | | 0x00401087 | +-----------------+ | ebp | \-------------------/ Lower Address

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