对于ESP、EBP寄存器的理解

https://blog.csdn.net/u014421422/article/details/79471396

 

esp是栈指针，是cpu机制决定的，push、pop指令会自动调整esp的值；

ebp只是存取某时刻的esp，这个时刻就是进入一个函数内后，cpu会将esp的值赋给ebp，此时就可以通过ebp对栈进行操作，比如获取函数参数，局部变量等，实际上使用esp也可以；

既然使用esp也可以，那么为什么要设定ebp呢？

答案是为了方便程序员。

因为esp在函数运行时会不断的变化，所以保存一个一进入某个函数的esp到ebp中会方便程序员访问参数和局部变量，而且还方便调试器分析函数调用过程中的堆栈情况。前面说了，这个ebp不是必须要有的，你非要使用esp来访问函数参数和局部变量也是可行的，只不过这样会麻烦一些。

这里函数调用约定使用的是_stdcall

通过一段程序理解esp和ebp：

main() {

//执行test前

print(int p1,int p2);

//执行test后

}

 

分析下上面程序的调用原理，假设执行print前esp=Q：

push p2; //函数参数p2入栈，esp=Q-4H

push p1; //函数参数p1入栈，esp=Q-8H

call print; //函数返回地址入栈，esp=Q-0CH

//现在进入print内，做些准备工作：

push ebp; //保护先前ebp指针，ebp入栈，esp=Q-10H

mov ebp,esp; //设置ebp等于当前的esp

// 此时，ebp+0CH=Q-4H，即p2的位置

// 同样，ebp+08H=Q-8H，即p1的位置

// 下面是print内的一些操作：

sub esp,20H; //设置长度为10H大小的局部变量空间，esp=Q-20H

// ... ...

// 一系列操作

// ... ...

add esp,20H; //释放局部变量空间，esp=Q-10H

pop ebp; //出栈，恢复原先的ebp的值，esp=Q-0CH

ret 8; //ret返回，弹出先前入栈的返回地址，esp=Q-08H，后面加操作数8H为平衡堆栈

// 之后，弹出函数参数，esp=Q，恢复执行print函数前的堆栈；

 

图示，注意栈在内存中的生长方向是逆向：

执行push p2;前，esp=Q；

执行push p2;过程中，esp-=4H，p2入栈；

执行push p2;后，esp=Q-4H；

 

因为参数传递和汇编语言有很大联系，之后会出现较多x86汇编代码。

该文会先讲一下x86的堆栈参数传递过程，然后再分析C/C++子函数是怎样通过堆栈传递参数的。 
注：汇编语言的过程和C/C++的子函数是一回事。

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寄存器参数，存储器参数和堆栈参数都可以用于x86汇编乃至其他汇编语言传递参数的方式。但C/C++在编译时，编译器会对子函数使用堆栈参数传递方式。

三种参数传递方式对比： 
1、寄存器参数

    

    mov eal,4
    call Proc_using_eal
    ...

 

2、存储器参数

.data
    temp DB ?
.code
    ...
    mov temp,4
    call Proc_using_temp

 

3、堆栈参数

    push 4
    call Proc_using_stack

 

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1、x86堆栈参数传递过程

考虑一个过程add_num，该过程有两个输入参数，一个输出参数。其功能是将两个输入参数求和并将其结果输出。下面这个例子中使用堆栈将3, 4两个参数输入到add_num中。

    push 3
    push 4
    call add_num

 

执行call指令前，堆栈如下：

 

其中ESP为x86CPU使用的堆栈指针，每进行一次入栈操作，ESP要减4（32位CPU）（图上堆栈向上地址减小，向下地址增加） 
明显的是，add_num只需要把堆栈中相应的变量取出来使用就可以了。堆栈参数传递的确也是这么做，但是却要稍稍费事一点。

首先给出add_num过程的程序

add_num proc
    push ebp
    mov ebp,esp
    mov eax,[ebp+8]
    add eax,[ebp+12]
    pop ebp
    ret
add_num endp

 

之前笔者给出的堆栈是CPU执行call指令前的结果，接下来从开始执行call指令一步一步分析堆栈的变化情况。

（1）call add_num

 

执行call add_num时，ESP减4后将add_num过程的返回地址压入堆栈，即当前指令指针EIP的值（该值为主程序中call指令的下一条指令（不是push ebp）的地址）

（2）

push ebp 
mov ebp,esp 
mov eax,[ebp+8] 
add eax,[ebp+12]

 

此时已经进入add_num过程内部

 

这一步是为了将esp的值赋予ebp。而将ebp压入堆栈是为了保护ebp，在add_num过程结束后还要恢复ebp的值。

此时esp指向堆栈中的ebp，而将esp赋予ebp后，ebp便指向了堆栈中自己被保护的值。此时ebp的主要作用是为参数读取提供绝对地址。比如参数4比ebp所在地址高8Byte（堆栈一个单元是4Byte），则过程中要使用参数4时，使用基址-偏移量寻址即可，即[ebp+8]。

当然这里也可以使用esp达到相同的效果，但是这个例子没有局部变量。若子过程中有局部变量（局部变量也存放在堆栈里），采用ebp要方便很多。

（3）pop ebp

 

此时ebp弹出，ebp恢复调用前的值

（4）ret

 

最后弹出返回地址，程序返回到主程序中，并执行下一条指令

以上为整个堆栈参数传递过程。

这里有几个需要注意的点：

（1）、堆栈帧到底是什么

堆栈帧（stack frame）（或活动记录（activation record））是一块堆栈保留区域，用于存放被传递的实际参数、子程序的返回值、局部变量以及被保存的寄存器。

实际上堆栈帧就相当于子函数的缓存，当子函数使用的堆栈个数最大时，其所拥有的所有部分构成了这个函数的堆栈帧。

以add_num过程为例，其堆栈帧如下图灰色部分所示。

 

（2）、堆栈帧为什么叫做堆栈帧

“堆栈”很好理解，而“帧”的概念在上面那个例子中的确很难搞通。不久后笔者会分析递归函数中的堆栈帧增消的现象，那个时候“帧”这个概念体现得淋漓尽致。

（3）、输入参数3和4留在堆栈里没有释放是可以的吗

上面的例子并没有释放参数4和3，只是为了演示，实际上一定会有相应的代码去释放它。子函数的堆栈帧是包含其输入堆栈变量的，当退出子函数时，其所有的堆栈帧必须被完全释放，否则堆栈就会变得混乱。

释放参数涉及两种子函数调用标准，一种是STDCALL标准，一种是C标准。两种在参数的堆栈传递细节几乎完全相同，不同的是释放参数的方式。

根据两个标准重新改写add_num过程：

STDCALL调用规范
add_num proc
    push ebp
    mov ebp,esp
    mov eax,[ebp+8]
    add eax,[ebp+12]
    pop ebp
    ret 8
add_num endp

 

11. C调用规范

  ...
push 3
push 4
call add_num
add esp,8

 

两种方式的核心思想就是修改esp，使esp指向堆栈参数3和4所在位置的前一个堆栈。但是STDCALL调用规范是在过程内部修改esp（ret 8为将堆栈中返回地址弹出到EIP后，再将ESP加8）；C调用规范是在子过程外部，在主调过程修改esp。

另引用这两种方式的优缺点：

STDCALL不仅减少了子程序调用产生的代码量（减少了一条指令），还保证了调用程序永远不会忘记清除堆栈。另一方面，C调用规范允许子程序声明不同数量的参数，主调程序可以决定传递多少个参数。C语言的printf函数就是一个例子