GDB查看堆栈局部变量

GDB查看堆栈局部变量

“参数从右到左入栈”，“局部变量在栈上分配空间”，听的耳朵都起茧子了。最近做项目涉及C和汇编互相调用，写代码的时候才发现没真正弄明白。自己写了个最简单的函数，用gdb跟踪了调用过程，才多少懂了一点。

参考资料：

http://blog.csdn.net/liigo/archive/2006/12/23/1456938.aspx

http://blog.csdn.net/eno_rez/archive/2008/03/08/2158682.aspx

int add(int x, int y)

{

    int a = 0;

    a = x;

    a += y;

    return a;

}

int main(int argc, char *argv[])

{

    int x, y, result;

    x = 0x12;

    y = 0x34;

    result = add(x, y);

    return 0;

}

编译：(Fedora6, gcc 4.1.2)

[test]$ gcc -g -Wall -o stack stack.c

反汇编：

这里的汇编的格式是AT&T汇编，它的格式和我们熟悉的汇编格式不太一样，尤其要注意源操作数和目的操作数的顺序是反过来的

[test]$ objdump -d stack > stack.dump

[test]$ cat stack.dump

......

08048354 :

 8048354:       55                      push   %ebp  ;保存调用者的帧指针

 8048355:       89 e5                   mov    %esp,%ebp  ;把当前的栈指针作为本函数的帧指针

 8048357:       83 ec 10                sub    $0x10,%esp  ;调整栈指针，为局部变量保留空间

 804835a:       c7 45 fc 00 00 00 00    movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)  ;把a置0。ebp-4的位置是第一个局部变量

 8048361:       8b 45 08                mov    0x8(%ebp),%eax  ;把参数x保存到eax。ebp+8的位置是最后一个入栈的参数，也就是第一个参数

 8048364:       89 45 fc                mov    %eax,0xfffffffc(%ebp)  ;把eax赋值给变量a

 8048367:       8b 45 0c                mov    0xc(%ebp),%eax  ;把参数y保存到eax。ebp+C的位置是倒数第二个入栈的参数，也就是第二个参数

 804836a:       01 45 fc                add    %eax,0xfffffffc(%ebp)  ;a+=y

 804836d:       8b 45 fc                mov    0xfffffffc(%ebp),%eax  ;把a的值作为返回值，保存到eax

 8048370:       c9                      leave 

 8048371:       c3                      ret   

08048372 :

 8048372:       8d 4c 24 04             lea    0x4(%esp),%ecx  ;？？？？

 8048376:       83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp  ;把栈指针16字节对齐

 8048379:       ff 71 fc                pushl  0xfffffffc(%ecx)  ;？？？？

 804837c:       55                      push   %ebp  ;保存调用者的帧指针

 804837d:       89 e5                   mov    %esp,%ebp  ;把当前的栈指针作为本函数的帧指针

 804837f:       51                      push   %ecx  ;？？？？

 8048380:       83 ec 18                sub    $0x18,%esp  ;调整栈指针，为局部变量保留空间

 8048383:       c7 45 f0 12 00 00 00    movl   $0x12,0xfffffff0(%ebp)  ;x=0x12。ebp-16是局部变量x

 804838a:       c7 45 f4 34 00 00 00    movl   $0x34,0xfffffff4(%ebp)  ;y=0x34。ebp-12是局部变量y

 8048391:       8b 45 f4                mov    0xfffffff4(%ebp),%eax  ;y保存到eax

 8048394:       89 44 24 04             mov    %eax,0x4(%esp)  ;y作为最右边的参数首先入栈

 8048398:       8b 45 f0                mov    0xfffffff0(%ebp),%eax  ;x保存到eax

 804839b:       89 04 24                mov    %eax,(%esp)  ;x第二个入栈

 804839e:       e8 b1 ff ff ff          call   8048354   ;调用add

 80483a3:       89 45 f8                mov    %eax,0xfffffff8(%ebp)  ;把保存在eax的add的返回值，赋值给位于ebp-8的第三个局部变量result。注意这条指令的地址，就是add的返回地址

 80483a6:       b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax  ;0作为main的返回值，保存到eax

 80483ab:       83 c4 18                add    $0x18,%esp  ;恢复栈指针，也就是讨论stdcall和cdecl的时候总要提到的“调用者清栈”

 80483ae:       59                      pop    %ecx  ;

 80483af:       5d                      pop    %ebp  ;

 80483b0:       8d 61 fc                lea    0xfffffffc(%ecx),%esp  ;

 80483b3:       c3                      ret   

 80483b4:       90                      nop   

......

有一点值得注意的是main在调用add之前把参数压栈的过程。

它用的不是push指令，而是另一种方法。

在main入口调整栈指针的时候，也就是位于8048380的这条指令 sub $0x18,%esp

不但象通常函数都要做的那样给局部变量预留了空间，还顺便把调用add的两个参数的空间也预留出来了。

然后把参数压栈的时候，用的是mov指令。

我不太明白这种方法有什么好处。

另外一个不明白的就是main入口的四条指令8048372、8048376、8048379、804837f，还有与之对应的main返回之前的指令。

貌似main对esp要求16字节对齐，所以先把原来的esp压栈，然后强行把esp的低4位清0。等到返回之前再从栈里恢复原来的esp

 

准备工作都做好了，现在开始gdb

对gdb不太熟悉的同学要注意一点，stepi命令执行之后显示出来的源代码行或者指令地址，都是即将执行的指令，而不是刚刚执行完的指令。

我在每个stepi后面都加了注释，就是刚执行过的指令。

[test]$ gdb -q stack

(gdb) break main

Breakpoint 1 at 0x8048383: file stack.c, line 11.

gdb并没有把断点设置在main的第一条指令，而是设置在了调整栈指针为局部变量保留空间之后

(gdb) run

Starting program: /home/brookmill/test/stack

Breakpoint 1, main () at stack.c:11

11              x = 0x12;

(gdb) stepi    // 注释： movl   $0x12,0xfffffff0(%ebp)

12              y = 0x34;

(gdb) stepi    // 注释： movl   $0x34,0xfffffff4(%ebp)

13              result = add(x, y);

(gdb) info registers esp

esp            0xbf8df8ac       0xbf8df8ac

(gdb) info registers ebp

ebp            0xbf8df8c8       0xbf8df8c8

(gdb) x/12 0xbf8df8a0

0xbf8df8a0:     0x002daff4      0x002d9220      0xbf8df8d8      0x080483e9

0xbf8df8b0:     0x001ca8d5      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

这就是传说中的栈。在main准备调用add之前，先看看这里有些什么东东

0xbf8df8c8(ebp)保存的是上一层函数的帧指针：0xbf8df938，距离这里有112字节

0xbf8df8cc(ebp+4)保存的是main的返回地址0x001b4dec

0xbf8df8b8(ebp-16)是局部变量x，已经赋值0x12;

0xbf8df8bc(ebp-12)是局部变量y，已经赋值0x34;

0xbf8df8c0(ebp-8)是局部变量result。值得注意的是，因为我们没有给result赋值，这里是一个不确定的值。局部变量如果不显式的初始化，初始值不一定是0。

现在开始调用add

(gdb) stepi    // 注释： mov    0xfffffff4(%ebp),%eax

0x08048394      13              result = add(x, y);

(gdb) stepi    // 注释： mov    %eax,0x4(%esp)

0x08048398      13              result = add(x, y);

(gdb) x/12 0xbf8df8a0

0xbf8df8a0:     0x002daff4      0x002d9220      0xbf8df8d8      0x080483e9

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

y首先被压栈，在0xbf8df8b0

(gdb) stepi    // 注释： mov    0xfffffff0(%ebp),%eax

0x0804839b      13              result = add(x, y);

(gdb) stepi    // 注释： mov    %eax,(%esp)

0x0804839e      13              result = add(x, y);

(gdb) x/12 0xbf8df8a0

0xbf8df8a0:     0x002daff4      0x002d9220      0xbf8df8d8      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

x第二个进栈，在0xbf8df8ac

 

(gdb) stepi    // 注释： call   8048354

add (x=18, y=52) at stack.c:2

2       {

 

刚刚执行了call指令，现在我们进入了add函数

(gdb) info registers esp

esp            0xbf8df8a8       0xbf8df8a8

(gdb) info registers ebp

ebp            0xbf8df8c8       0xbf8df8c8

(gdb) x/12 0xbf8df8a0

0xbf8df8a0:     0x002daff4      0x002d9220      0x080483a3      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

现在esp指向0xbf8df8a8，这里保存的是add函数的返回地址，它是由call指令压栈的。

(gdb) stepi    // 注释： push   %ebp

0x08048355      2       {

(gdb) stepi    // 注释： mov    %esp,%ebp

0x08048357      2       {

(gdb) stepi    // 注释： sub    $0x10,%esp

3               int a = 0;

(gdb) info registers esp

esp            0xbf8df894       0xbf8df894

(gdb) info registers ebp

ebp            0xbf8df8a4       0xbf8df8a4

(gdb) x/16 0xbf8df890

0xbf8df890:     0x00000000      0x08049574      0xbf8df8a8      0x08048245

0xbf8df8a0:     0x002daff4      0xbf8df8c8      0x080483a3      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

刚刚执行完的3条指令是函数入口的定式。

现在我们可以看到，main的栈还是原样，向下增长之后就是add的栈。

0xbf8df8a4(ebp)保存的是上层函数main的帧指针

0xbf8df8a8(ebp+4)保存的是返回地址

0xbf8df8ac(ebp+8)保存的是最后一个入栈的参数x

0xbf8df8b0(ebp+C)保存的是倒数第二个入栈的参数y

0xbf8df8a0(ebp-4)保存的是局部变量a，现在是一个不确定值

接下来add函数就真正开始干活了

(gdb) stepi    // 注释： movl   $0x0,0xfffffffc(%ebp)

4               a = x;

(gdb) x/16 0xbf8df890

0xbf8df890:     0x00000000      0x08049574      0xbf8df8a8      0x08048245

0xbf8df8a0:     0x00000000      0xbf8df8c8      0x080483a3      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

可以看到a被置0了

(gdb) stepi    // 注释： mov    0x8(%ebp),%eax

0x08048364      4               a = x;

(gdb) stepi    // 注释： mov    %eax,0xfffffffc(%ebp)

5               a += y;

(gdb) x/16 0xbf8df890

0xbf8df890:     0x00000000      0x08049574      0xbf8df8a8      0x08048245

0xbf8df8a0:     0x00000012      0xbf8df8c8      0x080483a3      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

参数x(ebp+8)的值通过eax赋值给了局部变量a(ebp-4)

(gdb) stepi    // 注释： mov    0xc(%ebp),%eax

0x0804836a      5               a += y;

(gdb) stepi    // 注释： add    %eax,0xfffffffc(%ebp)

6               return a;

(gdb) x/16 0xbf8df890

0xbf8df890:     0x00000000      0x08049574      0xbf8df8a8      0x08048245

0xbf8df8a0:     0x00000046      0xbf8df8c8      0x080483a3      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

参数y(ebp+C)的值通过eax加到了局部变量a(ebp-4)

现在要从add返回了。返回之前把局部变量a(ebp-4)保存到eax用作返回值

(gdb) stepi    // 注释： mov    0xfffffffc(%ebp),%eax

7       }

(gdb) stepi    // 注释： leave

0x08048371 in add (x=1686688, y=134513616) at stack.c:7

7       }

(gdb) stepi    // 注释： ret

0x080483a3 in main () at stack.c:13

13              result = add(x, y);

现在我们回到了main，栈现在是这样的

(gdb) info registers esp

esp            0xbf8df8ac       0xbf8df8ac

(gdb) info registers ebp

ebp            0xbf8df8c8       0xbf8df8c8

(gdb) x/16 0xbf8df890

0xbf8df890:     0x00000000      0x08049574      0xbf8df8a8      0x08048245

0xbf8df8a0:     0x00000046      0xbf8df8c8      0x080483a3      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x001903d0      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

可以看到，esp和ebp都已经恢复到了调用add之前的值。

但是，调用add的两个参数还在栈里(0xbf8df8ac、0xbf8df8b0，都在esp以上)。

也就是说，被调用的函数add没有把它们从栈上清出去，需要调用方main来清理。这就是著名的“调用者清栈”，cdecl调用方式的特点之一。

(gdb) stepi    // 注释： mov    %eax,0xfffffff8(%ebp)

14              return 0;

(gdb) x/16 0xbf8df890

0xbf8df890:     0x00000000      0x08049574      0xbf8df8a8      0x08048245

0xbf8df8a0:     0x00000046      0xbf8df8c8      0x080483a3      0x00000012

0xbf8df8b0:     0x00000034      0xbf8df96c      0x00000012      0x00000034

0xbf8df8c0:     0x00000046      0xbf8df8e0      0xbf8df938      0x001b4dec

从eax得到函数add的返回值，赋值给了局部变量result(ebp-8)

(gdb) stepi    // 注释： mov    $0x0,%eax ;把eax置0作为main的返回值

15      }

(gdb) stepi    // 注释： add    $0x18,%esp ; 调用者清栈

0x080483ae      15      }

(gdb) continue

Continuing.

Program exited normally.

(gdb) quit

[test]$