函数调用与堆栈 - X86为例

这篇文章放到现在似乎有点头重脚轻，一直对这些概念只有模糊印象。写下这篇文章也终于算是搞清楚堆栈的细节部分了。

简述

简单来讲，每一个函数调用都有一个对应的栈帧

先后顺序来看依次包括

• arguments 参数
• ret addr 返回地址
• old ebp 上一个栈帧
• local variables/others 局部变量/其他数据

arguments

在x86下，函数调用通常使用堆栈传递参数，因此，在执行一个函数前，首先执行的是将参数压入堆栈，例如执行puts("Welcome!")

push 0x080aaaaa   ; "Welcome!", 0
call 0x080ddddd   ; puts

同样的，多参传递，采用先进后出（i.e. 从右到左压入堆栈），例如以下执行printf("Hello %s!\n", "Mason")

push 0x080ccccc   ; "Mason", 0
push 0x080bbbbb   ; "Hello %s!\n", 0
call 0x080eeeee   ; printf

call

call指令做了两件事

1. 将下一条指令的地址压入堆栈（i.e. 函数执行完成后返回的地址）
2. 将eip指向调用的函数

用intel风格描述call指令：

push rip + 4       ; etc. 保存下一条指令
mov  rip, foo_addr ; 指向调用函数

local variables / others

进入执行函数后的第一件事就是保存旧的栈帧，而后开辟局部变量或其他数据需要的空间

汇编表示：

push ebp      ; 保存上级栈帧
mov  ebp, esp ; ebp指向新栈帧
sub  esp, 8   ; 开辟栈空间

做完这些，放一个简化版本的栈排布图

要知道的是栈是往低地址增长的

上图做的比较简单，下面结合代码、图文详细说明。

完整过程

假定执行如下代码

#include <stdio.h>

int foo(int arg0, int arg1) {
    int sum;
    int a = 2, b = 3, c = 4, d = 5;
    sum = arg0 + arg1 + a * b / c * d;
    return sum;
}

int main() {
    int a, b, c;
    a = 1;
    b = 2;
    c = foo(a, b);
    printf("c = %d\n", c);
    return 0;
}

堆栈初始排布如下，esp指向当前栈帧栈顶

首先做的就是将函数所需的参数压入堆栈，而后调用call指令，将返回地址入栈，eip指向调用函数地址。

在执行函数逻辑之前，保存上级栈帧，而后将ebp指向esp

开辟栈空间

直到函数调用完成，下面就是恢复上级栈帧

最后ret返回

一般情况下，下一条执行指令会把esp恢复到函数调用前的指向，在这里即add esp, 8

整个函数调用过程中，堆栈并不会清除内容，而是在下一次调用时直接覆盖，也就是说函数调用完成后相关数据仍然在堆栈上。

real world

实际环境下，需要注意堆栈对齐。

举例而言，有以下函数定义

int foo(int arg0, int arg1) {
    int sum;
    int a = 2, b = 3, c = 4, d = 5;
    sum = arg0 + arg1 + a * b / c * d;
    return sum;
}

去除保护、优化后编译得到汇编如下

函数只需要0x14大小的栈空间，但是编译器给出了0x20的栈空间

这里就需要提到x86调用约定（i.e. x86 calling conventions）

简单来讲就是调用函数时，堆栈必须16字节对齐

Refer

• https://www.cnblogs.com/max1z/p/15299000.html