一個碼農要是沒遇見過coredump，那他就是神仙了。core file(coredump的轉儲文件)中保存的最重要內容之一，就是函數的call trace。還原這部分內容(棧回溯)，并與原代碼對應上，盡快找出程序崩潰的位置和原因，是碼農們一生的責任。當然，你如果有良好的開發環境和開發習慣，保留了現場環境（core file and lib file等）和unstrip的原程序，那么恭喜，也許你不用太費神，直接用GDB的backtrace功能，就可以找到癥結所在。當然如果棧被沖掉了一部分，backtrace出來的就是一堆問號，要找出call trace就不容易了。這在緩沖區溢出時經常碰到。 ? ? 好了廢話少說，切入正題，先談與call trace密切相關的棧和棧幀概念。

1. ?棧和棧幀
? ??棧（stack）相對整個系統而言，調用棧（Call stack）相對某個進程而言，棧幀（stack frame）則是相對某個函數而言，調用棧就是正在使用的棧空間，由多個嵌套調用函數所使用的棧幀組成。具體來說，Call stack就是指存放某個程序的正在運行的函數的信息的棧。Call stack 由 stack frames 組成，每個 stack frame 對應于一個未完成運行的函數。 ? ? 在當今多數計算機體系架構中，函數的參數傳遞、局部變量的分配和釋放都是通過操縱棧來實現的。棧還用來存儲返回值信息、保存寄存器以供恢復調用前處理機狀態。每次調用一個函數，都要為該次調用的函數實例分配棧空間。為單個函數分配的那部分棧空間就叫做 stack frame，或者這樣說，stack frame 這個說法主要是為了描述函數調用關系的。 ? ? Stack frame 組織方式的重要性和作用體現在兩個方面： ? ? 第一，它使調用者和被調用者達成某種約定。這個約定定義了函數調用時函數參數的傳遞方式，函數返回值的返回方式，寄存器如何在調用者和被調用者之間進行共享； ? ? 第二，它定義了被調用者如何使用它自己的 stack frame 來完成局部變量的存儲和使用。

2. ? ?壓棧和出棧?
? ? 在 RISC 計算機中主要參與計算的是寄存器，saved registers 就是指在進入一個函數后，如果某個保存原函數信息的寄存器會在當前函數中被使用，就應該將此寄存器保存到堆棧上，當函數返回時恢復此寄存器值。而且由于 RISC 計算機大部分采用定長指令或者定變長指令，一般指令長度不會超過32個位。而現代計算機的內存地址范圍已經擴展到 32 位甚至64位，這樣在一條指令里就不足以包含有效的內存地址，所以RISC計算機一般借助于一個返回地址寄存器 RA(return address) 來實現函數的返回。幾乎在每個函數調用中都會使用到這個寄存器，所以在很多情況下 RA 寄存器會被保存在堆棧上以避免被后面的函數調用修改，當函數需要返回時，從堆棧上取回 RA 然后跳轉。
? ? 移動 SP 和保存寄存器的動作一般處在函數的開頭，這個壓棧過程也叫做 function prologue；恢復這些寄存器狀態的動作一般放在函數的最后，出棧過程也叫做 function epilogue。壓棧出棧指令各個CPU也不相同。
? ??Stack Frame 中所存放的內容和存放順序，則由目標體系架構的調用約定(calling convention)定義。下面，我們看看圖形化的函數棧幀，以棧向下增長為例來了解幾種常用CPU的stack frame 組織方式。
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3. ?MIPS棧幀
? ??先看MIPS的棧幀布局圖： ? ?? ? ? 此圖描述的是一種典型的MIPS stack frame 組織方式。在這張圖中，sp(stack pointer)/s8(棧基址,又稱fp)?就是當前函數的棧指針，它指向棧頂的位置。Callee Frame 所示即為當前函數(被調用者)的 frame，Caller Frame 是當前函數的調用者的 frame。general register area根據需要保存ra、gp、s8等caller的寄存器信息，保存位置和順序暫時沒有發現明確的規律。 ? ? 在MIPS這種沒有BP(base pointer) 寄存器的目標架構中，進入一個函數時需要將當前棧指針向下移動 n個byte(字節)，這個大小為n個byte?的存儲空間就是此函數的 stack frame 的存儲區域。此后棧指針便不再移動，只能在函數返回時再將棧指針加上這個偏移量恢復棧現場。由于不能隨便移動棧指針，所以寄存器壓棧和出棧都必須指定偏移量，這與 x86 架構的計算機對棧的使用方式有著明顯的不同。所以，MIPS一般是sp跟s8一致，只有調用alloca或動態數組后fp才會移到新的frame邊界。 ? ? 另外提一下兩個重要的寄存器。MIPS有個寄存器t9，專門用來跳轉子函數時預裝子函數地址。跳轉子函數的匯編命令是：jalr t9。這條命令后面8個byte的地址就是子函數棧幀中保留的ra值。MIPS的寄存器gp則用來存放某些變量或GOT信息，它的獲取是在函數的開頭三條語句完成，計算公式：gp = x <<16 + y?+ t9。三條語句是： ? ? ? ? lui ? ? ? ?gp, x
? ? ? ??addiu ? gp, gp, y?
? ? ? ??addu ? ?gp, gp, t9 ? ? ? ? ?#t9就是當前函數的地址，它永遠保留著最后一個被調用函數的地址 ? ??MIPS的壓棧出棧指令分別是ld和sd。?
? ? 今天先說到這，后面補上x86、ARM、PowerPC的圖形化棧幀解說。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈栈和栈帧(一)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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