概述
C语言需要经过编译成为机器代码(即二进制代码)才能在机器上执行,而这个过程实际上是这样子的,C语言源程序(.c)首先通过预处理器拓展得到(.i),编译器处理得到汇编(.s),汇编器处理得到目标文件(.o),此时.o文件中已经是二进制代码了,但还要最终经过链接器处理才能得到最终的可执行机器代码(.exe)。
假设我们有一个swap.c文件,那么在编译时将程序的后缀名依次转换为:
下面我们给出swap.c文件源码,这个c文件非常简单,声明了swap函数,参数为两个整形指针, swap函数交换了两个指针指向的值,并返回之和。我们将通过观察在main函数中调用swap函数这一个过程来了解栈帧结构:
int swap(int *xp, int *yp){
int x = *xp;
int y = *yp;
*yp = x;
*xp = y;
return x + y;
}
int main(void){
int x = 1;
int y = 2;
int sum = swap(&x, &y);
return 0;
}
我所使用的gcc版本为4.7.1(可通过gcc –version命令查看),生成ATT格式的汇编时正常编译没有进行优化(即-O0,一般来说gcc编译器会进行二级优化),接下来我们通过objdump反汇编器得到目标文件的汇编。
命令如下:
gcc -O0 -S swap.c //得到汇编文件.s
gcc -O0 -c swap.c //得到目标文件.o
objdump -d swap.o //反汇编swap.o文件
接下来我们看反汇编得到的汇编代码,其中序列号会讲解要注意的地方:
swap.o: file format pe-i386
Disassembly of section .text:
00000000 <_swap>:
0: 55 push %ebp
1: 89 e5 mov %esp,%ebp //保存ebp的值并设置帧指针
3: 83 ec 10 sub $0x10,%esp //栈分配了10个字节空间
6: 8b 45 08 mov 0x8(%ebp),%eax //在当前的帧指针向上8个字节,也就是1的地址,即第一个参数
9: 8b 00 mov (%eax),%eax //将1的值存储在eax寄存器中
b: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%ebp) //1的值储存在帧指针向下的4个字节,帧指针的基地址还存储着旧的ebp值
e: 8b 45 0c mov 0xc(%ebp),%eax //帧指针向上12个字的地址,即第二个参数,也就是2的地址
11: 8b 00 mov (%eax),%eax //将2的值存储在eax寄存器中
13: 89 45 f8 mov %eax,-0x8(%ebp) //2的值存储在帧指针向下的8个字节
16: 8b 45 0c mov 0xc(%ebp),%eax //2的地址值存储在eax寄存器中
19: 8b 55 fc mov -0x4(%ebp),%edx //1的值存储在edx寄存器
1c: 89 10 mov %edx,(%eax) //将1的值覆盖eax寄存器中2的地址所指向的值,注意这里是存储器取值,所以改写的是值
1e: 8b 45 08 mov 0x8(%ebp),%eax //1的地址值存储在eax寄存器中
21: 8b 55 f8 mov -0x8(%ebp),%edx //2的值储存在edu寄存器中
24: 89 10 mov %edx,(%eax) //将2的值覆盖eax寄存器中1的地址所指向的值
26: 8b 45 f8 mov -0x8(%ebp),%eax //2的值转移到eax寄存器中
29: 8b 55 fc mov -0x4(%ebp),%edx //1的值转移到edx寄存器中
2c: 01 d0 add %edx,%eax
//注解④
2e: c9 leave
2f: c3 ret
00000030 <_main>:
30: 55 push %ebp //帧指针入栈,保存先前的%ebp的值
31: 89 e5 mov %esp,%ebp //栈指针存放的地址值设置为帧指针存放的地址值,注解①
33: 83 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp //栈指针的地址值的最后一位设置为0
36: 83 ec 20 sub $0x20,%esp //栈分配20字节的空间,注解②
39: e8 00 00 00 00 call 3e <_main+0xe> //跳转到地址为3e的指令,也就是下一条指令
3e: c7 44 24 18 01 00 00 movl $0x1,0x18(%esp) //从栈指针的地址向上18个字节开始,存储4个字节的int值, 即18 ~ 22为1的存储地址,这里超过了20,但是因为之前有一条call指令push了返回地址所以实际是分配了24个字节
45: 00
46: c7 44 24 14 02 00 00 movl $0x2,0x14(%esp) //同上, 14 ~ 18 是2的存储地址
4d: 00
4e: 8d 44 24 14 lea 0x14(%esp),%eax //将2的地址赋给%eax寄存器
52: 89 44 24 04 mov %eax,0x4(%esp) //2的地址存储在栈指针向上的4个字节开始,指针为4个字节
56: 8d 44 24 18 lea 0x18(%esp),%eax //同上,1的地址赋给%eax寄存器
5a: 89 04 24 mov %eax,(%esp) //1的地址直接存储在栈指针上面,注解③
5d: e8 9e ff ff ff call 0 <_swap> //调用swap函数
62: 89 44 24 1c mov %eax,0x1c(%esp)
66: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
6b: c9 leave
6c: c3 ret
6d: 90 nop
6e: 90 nop
6f: 90 nop
注解:
①%ebp寄存器通常用来储存帧指针的地址值,而%esp寄存器是用来储存栈指针的地址值,函数在调用的前两行一般都是保存旧的%ebp的值,并将帧指针的值设置为此时栈指针的值。push命令是先将栈指针减去4,再转移数据,即栈指针的地址值是栈顶数据的开始地址,因此,帧指针储存的是旧的%ebp的值。看图:
②由上图可知,越往栈底,地址的值越大,越往栈底,地址的值越小,所以栈是通过减少地址的值来分配地址空间的。当一条指令指定一个地址时,是指这个地址向上分配多少个字节,不是向下。
③在调用swap函数之前,我们看到首先是2的地址入栈,再是1的地址入栈,而它们分别是swap函数的参数,也就是说,函数的参数是逆着顺序入栈的,第一参数最后一个入栈,而call指令除了会跳转到调用的函数的第一条指令的地址上,还会将当前call指令的下一条的指令作为返回地址入栈。
④32位系统,在一组8个的寄存器中,%eax寄存器通常作为返回值的寄存器,除了%esp以及%ebp保存栈指针,帧指针以外,其他寄存器还分为调用者保存以及被调用者保存。%eax,%edx,% ecx作为调用者保存,可以被函数覆盖原来的数据,而%ebx,%esi,%edi在被覆盖前必须先入栈保存。当然对于x86-x64来说,共有16个寄存器,情况自然不一样。
以上纯属个人理解,若有什么不对欢迎指教。
最后
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