栈帧与函数调用

1.什么是栈帧

在理解栈帧之前，我们需要理解什么是栈。

栈在数据结构中是一种运算受限的线性表，即我们只能对表尾进行操作，称之为栈顶，相对的，另一端称为栈底。它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据保存在栈底，后来的数据保存在栈顶。

在计算机系统当中，栈是拥有在数据结构当中所有属性的一块动态内存区域，用来存储函数内部的局部变量和返回地址。

而栈帧，就是在程序运行的过程当中，保存函数调用时所需要维护的信息。

 

栈帧

简言之，栈帧是利用EBP寄存器来访问函数内部局部变量、参数、函数的返回地址等。

栈帧结构

PUSH  EBP                 ；函数开始（使用EBP先把已有值保存在栈中）
MOV  EBP  ESP             ；保存当前ESP值到EBP中


                          ；函数体
***                       ；无论ESP值如何变化，EBP值不改变，可以安全访    
                                   问函数内的局部变量，参数


MOV ESP  EBP              ；将函数的起始地址（返回地址）返回到ESP中
POP  EBP                  ；弹出保存在栈中的EBP值
RETN                      ；函数终止

利用实例来理解栈帧(逆向工程核心原理：栈帧章)

#include<stdio.h>
long add(long a , long b)
{
   long x = a , y = b;

    return (x+y);
    }


int main()
{
    long a = 1 , b = 2 ;
    
    printf(" %d \n" , add( a , b )) ;

    return 0;
    }

 

汇编语言如下所示

 

 

①我们先从main（）函数来进行程序分析

我们需要密切关注栈的变化

当前ESP、EBP指针如图所示（如下）；

 

栈顶指针保存19FF2C保存着main（）函数执行完后的返回地址（如下）；

 这条指令（如下）把EBP（栈帧指针）保存在栈中（main（）函数执行完毕，返回之前，该值会再次恢复）

 

main（）函数的esp的值被保存在ebp当中（下图），当做开辟新栈之后的基址（同时作为执行完add（）函数的返回地址）。从这条命令开始，ebp与esp持有相同的值，main（）函数的栈帧就生成好了。

 

栈内ebp的指针保存着main（）函数开始执行时的初始值

 

 

②设置变量

 

 

 

 sub是减法指令，esp-8意思是在栈内开辟一个八字节的空间（long 型的a，b一个占四字节）

 

 把ebp-4与ebp-8处各有一个四字节的内存空间，用来保存数据1和2。

执行完后栈内空间如下所示

 

 

 ③调用add（）函数

 

 以上五行汇编描述了调用main（）函数的整个过程

函数add（）接收a、b两个长整型，所以调用前先把两个参数压入栈，如下图所示

 

 

返回地址

 

 

执行call命令进入函数之前，需要把函数的返回地址压入栈。在地址40103C中执行了call，它的下一条指令的地址是401041，即执行完add（）函数后程序的执行流接着执行地址401041的命令，此处即为返回地址。

执行完call命令后，栈内如图所示

 

 

④进入add（）函数

 

 

 生成add（）函数的栈帧

栈内情况如图所示：

 

 

 

⑤设置add（）函数的局部变量

 

 

 

 [ebp+8]在栈内表示a的值，[ebp+c]表示b的值，[ebp-8]与[ebp-4]指向add（）函数的两个参数x，y

 

 

⑥add运算

 

 运算完成后值被储存在eax当中

 

 

 

 

⑦删除add（）函数的栈帧&函数的返回值

在返回值之前，需要先删除栈帧。

 

 mov指令用于将储存在ebp当中的main（）函数的esp的值恢复到esp当中

pop指令将add（）函数开始执行时储存的ebp的值弹出

这两条指令完成后，栈内情况如下

 

 

 

 ebp指向main（）函数开始执行时的初始值

esp保存函数执行完毕后的返回地址401041

 

⑧从栈中删除add（）函数的参数

retn执行后，程序重新运行到main（）函数内执行add  esp+8

 

 这条命令的作用是删除参数a，b

 

⑨printf（）与return 0；

略

⑩删除main（）函数的栈帧

 

 执行完后指针与栈内空间如下，main函数栈帧被删除

 

 

 

 

retn指令执行后，返回到主函数执行完毕后的状态