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【C語言】函數棧幀——函數調用時發生了什么？

Muninn / 773人閱讀

摘要：當函數返回時，系統棧會彈出該函數所對應的棧幀。四寄存器與函數棧幀每一個函數獨占自己的棧幀空間。棧幀調整具體包括。

前言

棧是函數執行的內存區域，是C語言運行時最重要的元素之一

一、寄存器

1.寄存器是什么？

寄存器是CPU內部用來存放數據的一些小型存儲區域，用來暫時存放參與運算的數據和運算結果。

2.寄存器的類型

寄存器有eax,ebx,ecx,edx,還有ebp，esp。本文主要介紹最后兩個，由于寄存器不是本次博客的重點，其他請自行了解！

ESP棧指針寄存器(extended stack pointer)，其內存放著一個指針，該指針永遠指向系統棧最上面一個棧幀的棧頂
EBP基址指針寄存器(extended base pointer)，其內存放著一個指針，該指針永遠指向系統棧最上面一個棧幀的底部

想要了解函數棧幀，就必須先了解好這兩個地址。

ebp,esp這兩個寄存器中存放的是地址，且這兩個地址是用來維護函數棧幀的

二、棧

1.棧區是什么

棧區：

用于動態地存儲函數之間的調用關系，以保證被調用函數在返回時恢復到母函數中繼續執行。

2.棧區的常見操作

棧的最常見操作有兩種：

壓棧（push）
彈棧（pop）

用于標識棧的屬性也有兩個：

棧頂（top）
棧底（ base）。

什么意思？

可以把棧想象成一摞撲克牌。

push為棧增加一個元素的操作叫做推，相當于在這摞撲克牌的最上面再放上一張。
pop從棧中取出一個元素的操作叫做流行，相當于從這摞撲克牌取出最上面的一張。
pop從棧中取出一個元素的操作叫做流行，相當于從這摞撲克牌取出最上面的一張。
base標識棧底位置，它記錄著撲克牌最下面一張的位置。base用于防止棧空后繼續彈棧（牌發完時就不能再去揭了）。很明顯，一般情況下，base是不會變動的。

三、函數棧幀

1.函數調用時發生了什么？

以下面代碼為例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include int Add(int x, int y){	int z = 0;	z = x + y;	return z;}int main(){	int a = 10;	int b = 20;	int c = 0;	c = Add(a, b);	printf("%d/n", c);	return 0;}

當中央處理器在執行調用Add函數的時候，會從代碼區中
主要函數對應的機器指令的區域跳轉到Add函數對應的機器指令區域，在那里取指并執行；當Add函數執行完閉，需要返回的時候，又會跳回到主要函數對應的指令區域，緊接著調用Add后面的指令繼續執行主要函數的代碼。

如下圖：

那么中央處理器是怎么知道要去Add函數的代碼區取指，
在執行完Add后又是怎么知道跳回到主要函數（而不是其他未知的代碼區）的呢？

這是因為

當函數被調用時，系統棧會為這個函數開辟一個新的棧幀，并把它壓入棧中。這個棧幀中的內存空間被它所屬的函數獨占，正常情況下是不會和別的函數共享的。當函數返回時，系統棧會彈出該函數所對應的棧幀。

四、寄存器與函數棧幀

每一個函數獨占自己的棧幀空間。當前正在運行的函數的棧幀總是在棧頂。

函數棧幀：

esp和ebp之間的內存空間為當前棧幀，esp標識了當前棧幀的頂部，ebp標識了當前棧幀的底部。

函數調用大致包括以下幾個步驟。

（1）參數入棧：將參數從右向左依次壓入系統棧中。 （2）返回地址入棧：將當前代碼區調用指令的下一條指令地址壓入棧中，供函數返回時繼續執行。
（3）代碼區跳轉：處理器從當前代碼區跳轉到被調用函數的入口處。
（4）棧幀調整：具體包括。保存當前棧幀狀態值，已備后面恢復本棧幀時使用（ebp入棧）；將當前棧幀切換到新棧幀（將esp值裝入ebp，更新棧幀底部）；給新棧幀分配空間（把esp減去所需空間的大小，抬高棧頂）；

將上面的代碼轉到反匯編模式查看

對應觀察：


1.函數返回過程
（1）保存返回值：通常將函數的返回值保存在寄存器EAX中。
（2）彈出當前棧幀，恢復上一個棧幀。
1.在堆棧平衡的基礎上，給esp加上棧幀的大小，降低棧頂，回收當前棧幀的空間。
2.將當前棧幀底部保存的前棧幀ebp值彈入ebp寄存器，
復出上一個棧幀。
3.將函數返回地址彈給ebi寄存器。
（3）跳轉：按照函數返回地址跳回母函數中繼續執行。

最后

本文內容來自于《oday安全軟件漏洞分析技術》第2版與自己學習筆記所，本文僅記述自己學習歷程與僅供自己學習，復習用，不做任何商業用途。

若有興趣深入了解函數棧幀，請自行查閱王清主編的《Oday安全：軟件漏洞分析技術（第2版）》一書。

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