什么是棧
棧與普通數據結構所說的棧的概念是相似的,遵循后進先出原則。不同的是匯編中所說的棧是一個在內存中連續的保存數據的區域,也即是實際存在的內存區域,進棧和出棧遵循后進先出原則。
在x86架構中,棧是向下生長的,即棧頂指針小於棧底指針。
ESP
ESP是x86架構中用於保存當前棧頂位置的寄存器。更多詳細內容請參閱參考資料[1]
下面的兩對代碼是相互等價的
入棧操作:
push eax
;修改棧頂指針
sub esp, 4 ; 由於是向下生長,所以esp - 4, 減去4是因為eax占4個字節
mov DWORD PTR SS:[ESP], eax ;放入esp指定的內存區域
出棧操作
pop eax
mov eax, dword ptr ss:[esp]
add esp, 4 ;理解同入棧,注意這兩行代碼順序與入棧不同
清除棧頂數據
假如我們要清除棧頂的四個雙字的數據,只需要修改ESP即可
add esp, 4 * 4 ; 一個雙字占4個字節,共4個雙字
EBP
棧的一個典型應用就是函數調用時的參數傳遞。ESP保存的是當前棧的棧頂指針,EBP保存的是當前stack frame的基址[2].
如[3]所述,在可執行環境中函數經常以stack frame的形式來進行參數傳遞和函數局部變量的訪問。stack frame的概念使得每一個子程序(在匯編中函數通常稱為子程序)都能夠擁有獨立的棧空間。當函數被調用時,以當前esp所在位置為基址創建了stack frame,當前的esp就是stack frame的棧幀基址,在執行其他命令之前需要把棧基址保存在ebp當中。
值得注意的是棧幀的概念是邏輯上的概念,實際上並不存在。一個進程仍然只是擁有一個棧,只是為了方便子程序內部的使用而引入了棧幀的概念。
standard entry sequence
有關更多在子程序調用中如何使用棧幀概念進行子程序調用請參閱[3:1].
一般而言,在子程序中首先要執行下面一段代碼:
push ebp ;保存主調函數的棧幀基址
mov ebp, esp ;當前函數的棧幀基址
sub esp, X ;X表示函數中要用到的變量大小,用於分配空間
例如一個C程序的函數:
void MyFunction()
{
int a, b, c;
...
}
則對應匯編程序的進入代碼為:
_MyFunction:
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ;4 * 3, int 類型是dword
若對上面的代碼有:
a = 10;
b = 5;
c = 2;
則對應的匯編為:
mov [ebp - 4], 10
mov [ebp - 8], 5
mov [ebp - 12],2
為什么保存ebp
為了更好的理解ebp,我們考慮下面帶有參數的函數
vod MyFunction2(int x, int y, int z)
{
...
}
匯編代碼如下:
_MyFunction2:
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 0; no local variables, most compilers will omit this line
當調用函數時MyFunction2(10,5, 2),在匯編中調用格式如下:
;通過棧進行參數傳遞
; 參數從右向左壓入棧,這樣第一個pop出來的數據即是第一個參數
push 2
push 5
push 10
call _MyFunction2
其中,call _MyFunction2等價於下列指令:
push eip + 2 ;return address is current address + size of two instructions
jmp _MyFunction2
進入到子程序之后就要執行entry sequence代碼:
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, X; X為局部變量需要的字節數目
此時在棧中的內容如下:
: :
| 2 | [ebp + 16] (3rd function argument)
| 5 | [ebp + 12] (2nd argument)
| 10 | [ebp + 8] (1st argument)
| RA | [ebp + 4] (return address)
| FP | [ebp] (old ebp value)
| | [ebp - 4] (1st local variable)
: :
: :
| | [ebp - X] (esp - the current stack pointer. The use of push / pop is valid now)
就目前看來似乎並沒有必要使用ebp,因為單單使用esp也能夠解決問題,但是利用esp訪問變量是不可靠的,因此需要ebp去訪問變量,因此需要保存舊的ebp的值。
Standard Exit Sequence
standard exit sequence是用於撤銷standard entry sequence的。
void MyFunction3(int x, int y, int z)
{
int a, b, c;
...
return;
}
_MyFunction3:
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 12 ; sizeof(a) + sizeof(b) + sizeof(c)
;x = [ebp + 8]
;y = [ebp + 12]
;z = [ebp + 16]
;a = [ebp - 4] = [esp + 8]
;b = [ebp - 8] = [esp + 4]
;c = [ebp - 12] = [esp]
mov esp, ebp ; 這一步是直接把棧頂指針指向保存返回地址的地方
; 直接消除了局部變量的影響
pop ebp
ret 12 ; sizeof(x) + sizeof(y) + sizeof(z)
