4.5 函数调用和压栈

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

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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

  1. int print_out(int begin, int end)
  2. {
  3.      printf("%d ", begin++);
  4.      int *p;
  5.      p = (int*)(int(&begin) - 4);
  6.      if(begin <= end)
  7.       *p -= 5;
  8.      return 1;
  9. }
  11. int add(int a, int b)
  12. {
  13.      return a+b;
  14. }
  16. int pass(int a, int b, int c) {
  17.      char buffer[4] = {0};
  18.      int sum = 0;
  19.      int *ret;
  20.      ret = (int*)(buffer+28);
  21.      //(*ret) += 0xA;
  22.      sum = a + b + c;
  23.      return sum;
  24. }
  26. int main()
  27. {
  28.      print_out(0, 2);
  29.      printf("\n");
  30.      int a = 1;
  31.      int b = 2;
  32.      int c;
  33.      c = add(a, b);
  34.      pass(a, b, c);
  35.      int __sum;
  36.      __asm
  37.      {
  38.       mov __sum, eax
  39.      }
  40.      printf("%d\n", __sum);
  41.      system("pause");
  42. }

函数初始化

  1.   28: int main()
  2.     29: {
  3. 011C1540 push ebp //压栈，保存ebp，注意push操作隐含esp-4
  4. 011C1541 mov ebp,esp //把esp的值传递给ebp，设置当前ebp
  5. 011C1543 sub esp,0F0h //给函数开辟空间，范围是(ebp, ebp-0xF0)
  6. 011C1549 push ebx
  7. 011C154A push esi
  8. 011C154B push edi
  9. 011C154C lea edi,[ebp-0F0h] //把edi赋值为ebp-0xF0
  10. 011C1552 mov ecx,3Ch //函数空间的dword数目，0xF0>>2 = 0x3C
  11. 011C1557 mov eax,0CCCCCCCCh
  12. 011C155C rep stos dword ptr es:[edi] 
  13. //rep指令的目的是重复其上面的指令.ECX的值是重复的次数.
  14. //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

  1.  30: print_out(0, 2);
  2. 013D155E push 2 //第二个实参压栈
  3. 013D1560 push 0 //第一个实参压栈
  4. 013D1562 call print_out (13D10FAh)//返回地址压栈，本例中是013D1567，然后调用print_out函数
  5. 013D1567 add esp,8  //两个实参出栈
  6. //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

  1. 013D141C mov eax,1  //返回值传入eax中
  2. 013D1421 pop edi   
  3. 013D1422 pop esi   
  4. 013D1423 pop ebx //寄存器出栈
  5. 013D1424 add esp,0D0h //以下3条命令是调用VS的__RTC_CheckEsp，检查栈溢出
  6. 013D142A cmp ebp,esp
  7. 013D142C call @ILT+315(__RTC_CheckEsp) (13D1140h)
  8. 013D1431 mov esp,ebp //ebp的值传给esp，也就是恢复调用前esp的值
  9. 013D1433 pop ebp //弹出ebp，恢复ebp的值
  10. 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

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接下来是返回过程，从上面的013D1431 行代码开始

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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

  1. int *p;
  2. p = (int*)(int(&begin) - 4);
  3. if(begin <= end)
  4.   *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，

  1. 013D1560 push 0 //第一个实参压栈
  2. 013D1562 call print_out (13D10FAh)//返回地址压栈，本例中是013D1567，然后调用print_out函数
  3. 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，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

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