[转] 函数调用栈
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函數調用大家都不陌生，調用者向被調用者傳遞一些參數，然后執行被調用者的代碼，最后被調用者向調用者返回結果，還有大家比較熟悉的一句話，就是函數調用是在棧上發生的，那么在計算機內部到底是如何實現的呢？ 對于程序，編譯器會對其分配一段內存，在邏輯上可以分為代碼段，數據段，堆，棧 代碼段：保存程序文本，指令指針EIP就是指向代碼段，可讀可執行不可寫 數據段：保存初始化的全局變量和靜態變量，可讀可寫不可執行 BSS：未初始化的全局變量和靜態變量 堆(Heap)：動態分配內存，向地址增大的方向增長，可讀可寫可執行 棧(Stack)：存放局部變量，函數參數，當前狀態，函數調用信息等，向地址減小的方向增長，非常非常重要，可讀可寫可執行 如圖所示 寄存器 EAX：累加(Accumulator)寄存器，常用于函數返回值 EBX：基址(Base)寄存器，以它為基址訪問內存 ECX：計數器(Counter)寄存器，常用作字符串和循環操作中的計數器 EDX：數據(Data)寄存器，常用于乘除法和I/O指針 ESI：源變址寄存器 EDI：目的變址寄存器 ESP：堆棧(Stack)指針寄存器，指向堆棧頂部 EBP：基址指針寄存器，指向當前堆棧底部 EIP：指令寄存器，指向下一條指令的地址當調用(call)一個函數時，主調函數將聲明中的參數表以逆序壓棧，然后將當前的代碼執行指針(eip)壓棧，跳轉到被調函數的入口點。
??????? 進入被調函數時，函數將esp減去相應字節數獲取局部變量存儲空間。被調函數返回(ret)時，將esp加上相應字節數，歸還棧空間,彈出主調函數壓在棧中的代碼執行指針(eip)，跳回主調函數。再由主調函數恢復到調用前的棧。
??????? 為了訪問函數局部變量，必須有方法定位每一個變量。變量相對于棧頂esp的位置在進入函數體時就已確定，但是由于esp會在函數執行期變動，所以將esp 的值保存在ebp中，并事先將原ebp的值壓棧保存，以聲明中的順序(即壓棧的相反順序)來確定偏移量。
訪問函數的局部變量和訪問函數參數的區別:
局部變量總是通過將ebp減去偏移量來訪問，函數參數總是通過將ebp加上偏移量來訪問。對于32位變量而言，第一個局部變量位于ebp-4，第二個位于ebp-8，以此類推，32位局部變量在棧中形成一個逆序數組；第一個函數參數位于ebp+8，第二個位于ebp+12，以此類推，32位函數參數在棧中形成一個正序數組。?
??????? 函數的返回值不同于函數參數，可以通過寄存器傳遞。如果返回值類型可以放入32位變量，比如int、short、char、指針等類型，將通過eax寄存 器傳遞。如果返回值類型是64位變量，如_int64，則通過edx+eax傳遞，edx存儲高32位，eax存儲低32位。如果返回值是浮點類型，如 float和double，通過專用的浮點數寄存器棧的棧頂返回。如果返回值類型是struct或class類型，編譯器將通過隱式修改函數的簽名，以引 用型參數的形式傳回。由于函數返回值通過寄存器返回，不需要空間分配等操作，所以返回值的代價很低。基于這個原因，C89規范中約定，不寫明返回值類型的 函數，返回值類型默認為int。這一規則與現行的C++語法相違背，因為C++中，不寫明返回值類型的函數返回值類型為void，表示不返回值。這種語法 不兼容性是為了加強C++的類型安全，但同時也帶來了一些代碼兼容性問題。
代碼示例
VarType?Func (Arg1, Arg2, Arg3, ... ArgN)?
{?
????VarType?Var1, Var2, Var3, ...VarN;
????//...?
????return?VarN;?
}
假設sizeof(VarType) = 4(DWORD), 則一次函數調用匯編代碼示例為:
調用方代碼:?
push ArgN ; 依次逆序壓入調用參數
push?...?
push Arg1?
call Func_Address ; 壓入當前EIP后跳轉
跳轉至被調方代碼:?
push ebp ; 備份調用方EBP指針
mov?ebp, esp?; 建立被調方棧底
sub esp, N *?4; 為局部變量分配空間
mov dword ptr[esp -?4?*?1?], 0 ; 初始化各個局部變量 = 0 這里假定VarType不是類?
mov dword ptr[esp -?4?*?...?], 0
mov dword ptr[esp -?4?*?N?], 0
. . . . . .?; 這里執行一些函數功能語句(比如將第N個參數[ebp + N * 4]存入局部變量), 功能完成后將函數返回值存至eax
add esp, N *?4?; 銷毀局部變量
mov esp, ebp ; 恢復主調方棧頂
pop ebp ; 恢復主調方棧底
ret ; 彈出EIP 返回主調方代碼
接上面調用方代碼:?
add esp, N *?4?; 釋放參數空間, 恢復調用前的棧?
mov dword ptr[ebp - 4], eax ; 將返回值保存進調用方的某個VarType型局部變量
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下面用一系列圖說明 1) 將實參，返回地址入棧2）把原ebp的地址壓棧保存，讓新的ebp等于esp，棧頂開始變為棧底 2) 實參通過ebp+來訪問，局部變量通過ebp-來訪問
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? 接下來是返回過程 (correction: "pop ebp" in the 2nd picture)????
?所有局部變量都在棧中由函數統一分配，形成了類似逆序數組的結構，可以通過指針逐一訪問。這一特點具有很多有趣性質，比如，考慮如下函數，找出其中的錯誤及其造成的結果：
void f()
{
int i,a[10];
for(i=0;i<=10;++i)a[i]=0;/An error occurs here!
}
????????這個函數中包含的錯誤，即使是C++新手也很容易發現，這是老生常 談的越界訪問問題。但是這個錯誤造成的結果，是很多人沒有想到的。這次的越界訪問，并不會像很多新手預料的那樣造成一個“非法操作”消息，也不會像很多老 手估計的那樣會默不作聲，而是導致一個死循環。
????????錯誤的本質顯而易見，我們訪問了a[10]，但是a[10]并不存在。C++標準對于越界訪問只是說“未定義操作”。我們知道，a[10]是數組a所在位置之后的一個位置，但問題是，是誰在這個位置上。是i!?
??????? 根據前面的討論，i在數組a之前被聲明，所以在a之前分配在棧上。但是，I386上棧是向下增長的，所以，a的地址低于i的地址。其結果是在循環的最 后，a[i]引用到了i自己！接下來的事情就不難預見了，a[i]，也就是i，被重置為0，然后繼續循環的條件仍然成立……這個循環會一直繼續下去，直到 在你的帳單上產生高額電費，直到耗光地球電能，直到太陽停止燃燒……呵呵，或者直到聰明的你把程序Kill了……
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《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀總結
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