栈帧详解-转自知乎
浅析函数调用的栈帧
在x86的计算机系统中,内存空间中的栈主要用于保存函数的参数,返回值,返回地址,本地变量等。一切的函数调用都要将不同的数据、地址压入或者弹出栈。
什么是栈?
栈是一种LIFO(后进先出)
可以想象下函数调用的时候,父函数调用子函数,父函数在前,子函数在后。返回的时候子函数先返回,父函数后返回。ps:递归就是明显利用函数调用这种栈的结构来实现的。
什么是栈帧?
栈帧本质上是一种栈,只是这种栈专门用于保存函数调用过程中的各种信息(参数,返回地址,本地变量等)。栈帧有栈顶和栈底之分,其中栈顶的地址最低,栈底的地址最高。
两个主要寄存器
1. ESP寄存器
栈指针寄存器(extended stack pointer),其内存放着一个指针,该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的栈顶。
2.EBP寄存器
基址指针寄存器(extended base pointer),其内存放着一个指针,该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的底部。
![](https://pic2.zhimg.com/80/v2-b9fdf91439389a9825b5eb1f8d06bc3d_1440w.jpg)
一般来说,我们将 %ebp
到 %esp
之间区域当做栈帧(也有人认为该从函数参数开始,不过这不影响分析)。并不是整个栈空间只有一个栈帧,每调用一个函数,就会生成一个新的栈帧。在函数调用过程中,我们将调用函数的函数称为“调用者(caller)”,将被调用的函数称为“被调用者(callee)”。在这个过程中,1)“调用者”需要知道在哪里获取“被调用者”返回的值;2)“被调用者”需要知道传入的参数在哪里,3)返回的地址在哪里。同时,我们需要保证在“被调用者”返回后,%ebp
, %esp
等寄存器的值应该和调用前一致。因此,我们需要使用栈来保存这些数据。
函数调用实例
函数的调用
//被调函数 callee
int CalleeFunction(int x, int y, int z)
{
int a, b, c;
a = 4;
b = 5;
c = 6;
return;
}
//主调函数 caller
int CallerFunction()
{
int x = 1, y = 2, z = 3;
//调用被调函数
CalleeFunction(1, 2, 3);
...
}
我们来看下Callee函数的汇编代码
_CalleeFunction:
push %ebp ; //保存%ebp的值
movl %esp, $ebp ; //将%esp的值赋给%ebp,使新的%ebp指向栈顶
movl -12(%esp), %esp ; //分配额外空间给本地变量
movl $4, -4(%ebp) ;
movl $5, -8(%ebp) ;
movl $6, -12(%ebp) ;
此时调用者做了两件事情:第一,将被调用函数的参数按照从右到左的顺序压入栈中。第二,将返回地址压入栈中。这两件事都是调用者负责的,因此压入的栈应该属于调用者的栈帧。我们再来看看被调用者,它也做了两件事情:第一,将老的(调用者的) %ebp
压入栈,此时 %esp
指向它。第二,将 %esp
的值赋给 %ebp
, %ebp
就有了新的值,它也指向存放老 %ebp
的栈空间。这时,它成了是函数 CalleeFunction()
栈帧的栈底。这样,我们就保存了“调用者”函数的 %ebp
,并且建立了一个新的栈帧。
![](https://pic1.zhimg.com/80/v2-28bf777af53bba823cc9cff257b9bedc_1440w.jpg)
在 %ebp
更新后,我们先分配一块0x12字节的空间用于存放本地变量,这步一般都是用 sub
或者 mov
指令实现。在这里使用的是 movl
。通过使用 mov
配合 -4(%ebp)
, -8(%ebp)
和 -12(%ebp)
我们便可以给 a
, b
和 c
赋值了。
![](https://pic2.zhimg.com/80/v2-8224687472cb2f860a84887fd2991e8d_1440w.jpg)
函数返回
和调用函数时正好相反。当函数完成自己的任务后,它会将 %esp
移到 %ebp
处,然后再弹出旧的 %ebp
的值到 %ebp
。这样,%ebp
就恢复到了函数调用前的状态。
//被调函数 callee
int CalleeFunction(int x, int y, int z)
{
int a, b, c;
...
return;
}
汇编代码
_CalleeFunction:
push %ebp
movl %esp, %ebp
movl -12(%esp), %esp
...
mov %ebp, %esp
pop %ebp
ret
ret
指令,这个指令相当于 pop + jum
。它首先将数据(返回地址)弹出栈并保存到 %eip
中,然后处理器根据这个地址无条件地跳到相应位置获取新的指令。
![](https://pic3.zhimg.com/80/v2-f0d777cea9b04e8063383dffbb98049e_1440w.jpg)
小结
这批函数栈帧分析为基础 方便大家理解golang启动过程中对栈帧的一系列操作,比如最骚的把goexit()塞入到newg的栈顶等过程~