Win32 环境下的堆栈(一)
简介
在Win32环境下利用调试器调试应用程序的时候经常要和堆栈(Stack)打交道,尤其是在需要手工遍历堆栈(Manually Walking Stack)的时候我们需要对堆栈的工作过程有一个比较清晰的了解.接下来的这些文字将通过一个例子程序详细的讲解堆栈的工作过程.
关键字
调试 堆栈 Stack Stack-Frame
目录
1.堆栈是什么?
2.堆栈里面放的都是什么信息?
3.堆栈是在什么时候被建立起来的?它的默认大小是多少?
4.默认才1M??那要是我的程序使用超过了1M的堆栈怎么办?
5.什么叫Stack Frame?
6.在一次函数调用中,堆栈是如何工作的?
7.老大,结合一个例子讲讲吧?
1.堆栈是什么?
从内存管理角度看,堆栈是就是一块连续的内存空间,对它的操作采用先入后出的规则,他的生长方向与内存的生长方向正好相反,也就是说它是从高地址向低地址生长.
从Win32程序内部的角度看,每一个线程有自己的堆栈,它主要用来给线程提供一个暂时存放数据的区域,程序使用POP/PUSH指令来对堆栈进行操作.
2.堆栈里面放的都是什么信息?
堆栈中存放的信息包括:当前正在执行的函数的局部变量,函数返回地址,该函数的上层函数传给该函数的参数,EBP的值,一些通用寄存器(EDI,ESI…)的值,注意这里提到的正在执行的函数,比如有下面的一段C代码:
void B()
{
printf(“B\n”);
}
void A()
{
B();
}
那么当程序执行到B函数的printf函数的时候我们说正在执行的函数包括A和B而不仅仅是B函数,这一点需要注意.
3.堆栈是在什么时候被建立起来了?它的默认大小是多少?
堆栈是在我们的main主函数被系统调用之前被建立起来的,对于非主线程它是在线程被建立之前创建的,它的默认大小是1M,如果需要修改堆栈的大小的话可以在VC6++中通过使用/STACK编译项实现:
#pragma comment(linker,"/STACK:2048,1024") // 预约(Reserve)2M,提交(Commit)1M
关于预约(Reserve)和提交(Commit)的概念请参看”Programming Applications for Microsoft Windows“( Jeffrey Richter,Chapter 15 Using Virtual Memory in Your Own Applications)
4.默认才1M??那要是我的程序使用超过了1M的堆栈怎么办?
系统通过使用异常捕获(Exception Handling)机制来捕获应用程序企图去访问超过该程序提交(Commit)的堆栈范围这种异常,假如你程序预约了2M并且提交了1M大小的堆栈,那么当你的程序企图访问超过1M的范围的时候会产生一个异常并且被系统捕获,系统会帮你继续从另外1M预约的内存中提交内存来满足你的需求,如果你要求提交的大小甚至超过了2M(你一开始预约的大小)在 NT系统下(98除外)系统也会尝试去分配(allocate)内存来满足你,但是系统并不保证分配会成功
5.什么叫Stack Frame?
Stack Frame这个词你可以在各种各样的汇编书籍中看到,到底它表示什么意思呢?也许你看完文章的后半部分就会明白,在此我们先给它一个定义,你看完整篇文章在回过头来回味一下就会知道它的确切含义了,Stack Frame是堆栈中的一块区域,它保存着一个函数的返回地址,和该函数内部使用的局部数据(Local Data),它是由函数入口处的SUB ESP,48h之类的语句来建立的.
6.在一次函数调用中,堆栈是如何工作的?
假设我们的主角叫A函数…
a.首先上级函数传给A函数的参数被压入堆栈中(至于是谁来做这个压栈操作取决于A函数的调用方式:是__stdcall, __cdecl还是其他);
b.然后是返回地址(A函数执行完后接下来程序继续执行的地址)入栈;
c.接下来是当前的EBP;
d.如果A函数有局部变量,就在堆栈中开辟相应的空间以构造那些变量变量(A函数执行结束,这些局部变量的内容将被忽略/遗弃,但是不被清除,比如A函数中有一个变量int m存在于地址0x0012FFCC处,函数结束时9依然存在于0x0012FFCC处没有被清除,但是此时它已经没有任何意义了,
e.在函数返回的时候,弹出EBP,恢复堆栈到函数调用前的地址,弹出返回地址到EIP以继续执行程序。
7.老大,结合一个例子讲讲吧?
下面就是我们要拿来做模特的代码,程序很简单,wWinMain调用AFunc,AFunc再调用BFunc,下面的讲解过程中我们要观摩这个程序的汇编代码形式,可以通过在VC6++该工程的Debug模式中按F5然后Ctrl+Tab做到,我想这对于Win32程序员应该不是难事.
int BFunc(int i,int j)
{
int m = 1;
int n = 2;
m = i;
n = j;
return m;
}
int AFunc(int i,int j)
{
int m = 3;
int n = 4;
m = i;
n = j;
BFunc(m,n);
return 8;
}
int APIENTRY wWinMain(HINSTANCE hInstance,
HINSTANCE hPrevInstance,
LPSTR lpCmdLine,
int nCmdShow)
{
AFunc(5,6);
return 0;
}
步骤1.我们从wWinMain调用AFunc函数开始
wWinMain调用AFunc的时候,先把参数压栈(至于为什么压栈顺序是6,5而不是5,6请参看附录.注解1)参数压栈结束后此时ESP = 0x0012FEDC,EBP = 0x0012FF30,
这是进入AFunc函数之前的堆栈形势图:
图 1
步骤2.记住进入AFcun函数之前的ESP,EBP的值,然后我们进入AFunc…
为方便大家观摩,先把AFunc函数的全貌贴出来
29: int AFunc(int i,int j)
30: {
004010D0 push ebp ; 先把EBP入栈保存
004010D1 mov ebp,esp ; 再把此时的ESP赋给EBP,这样EBP就可以拿来访问本函数的局部变量
004010D3 sub esp,48h ; 为AFunc函数在堆栈重开辟一块空间,一般来说开辟的空间大小是40+
; 函数内所有局部变量的大小;
004010D6 push ebx ; 通用寄存器入栈,算保存现场吧
004010D7 push esi
004010D8 push edi
004010D9 lea edi,[ebp-48h]
004010DC mov ecx,12h
004010E1 mov eax,0CCCCCCCCh
004010E6 rep stos dword ptr [edi]
31: int m = 3;
004010E8 mov dword ptr [ebp-4],3 ; 为什么局部变量m位于ebp-3处?
32: int n = 4;
004010EF mov dword ptr [ebp-8],4 ; 为什么局部变量n位于ebp-8处?
33:
34: m = i;
004010F6 mov eax,dword ptr [ebp+8] ; ebp+8处存的是什么?
004010F9 mov dword ptr [ebp-4],eax
35: n = j;
004010FC mov ecx,dword ptr [ebp+0Ch] ; ebp+0ch处存的是什么?
004010FF mov dword ptr [ebp-8],ecx
36:
37: BFunc(m,n);
00401102 mov edx,dword ptr [ebp-8] ; AFunc调用BFunc之前先把传给BFunc的参数入栈
00401105 push edx
00401106 mov eax,dword ptr [ebp-4]
00401109 push eax
0040110A call @ILT+25(BFunc) (0040101e)
0040110F add esp,8 ; 这个出栈操作为什么?
38:
39: return 8;
00401112 mov eax,8
40: }
00401117 pop edi ; 恢复现场
00401118 pop esi
00401119 pop ebx
0040111A add esp,48h ; 收回函数一开始在栈中开辟的空间
; 对应于一开始的sub esp,48h
0040111D cmp ebp,esp
0040111F call __chkesp (00401220)
00401124 mov esp,ebp
00401126 pop ebp ; 恢复调用前的EBP
00401127 ret
(未完待续)
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