汇编和c语言互相调用方法(针对子函数)(c语言调用汇编语言)
导语:一段C语言和汇编的对应分析,揭示函数调用的本质
本文将会按照要求,将一段C语言代码编译成汇编,并给予分析和自己的思考。
首先对会涉及到的一些CPU寄存器和汇编的基础知识罗列一下:
●16位、32位、64位的CPU寄存器名称有所不同,比如指令地址寄存器ip,在16位中叫ip,32位中叫eip,64位叫rip
●32位的汇编指令通常以l结尾,比如movl相当于mov的含义
●ebp : 堆栈基地址 寄存器,这个寄存器保存的是当前执行绪的栈底地址
●esp : 堆栈栈顶 寄存器,这个寄存器保存的是当前执行绪的栈顶地址
●eip : 指令地址 寄存器,这个寄存器保存的是指令所在的地址,CPU会不断的根据eip所指向的指令去内存取指令并执行,并自行累加取下一条指令逐条执行。eip无法直接赋值,call、ret、jmp等指令可以起到修改eip的作用
●%用于直接寻址寄存器,$用于表示立即数。movl $8, %eax表示把立即数8存到eax中
●()用于内存间接寻址,比如movl $10, (%esp)表示将立即数10保存到esp所指向的内存地址中
●8(%ebp)表示先找到 ebp所指向的地址值+8后得到的地址
●栈地址值是向下增长的,即栈顶从高地址向低地址移动
1
准备工作
准备一段C代码:
1int g(int x) 2{ 3 return x+5; 4} 5 6 7int f(int x) 8{ 9 return g(x);10}111213int main(void)14{15 return f(10)+1;16}
使用实验楼环境
2
编译成汇编代码
使用如下命令编译上面的c代码
1gcc -S -o main.s main.c -m32
去掉不重要的部分后,得到:
汇编代码结果为:
1g: 2pushl%ebp 3movl%esp, %ebp 4movl8(%ebp), %eax 5addl$5, %eax 6popl%ebp 7ret 8f: 9pushl%ebp10movl%esp, %ebp11subl$4, %esp12movl8(%ebp), %eax13movl%eax, (%esp)14callg15leave16ret17main:18pushl%ebp19movl%esp, %ebp20subl$4, %esp21movl$10, (%esp)22callf23addl$1, %eax24leave25ret
分析
具体的逐步分析,这里就省了,老师课上讲的很详细了,这里主要是要进行思考和归纳。
首先,我们看到3个C函数对应生成了3个部分的汇编代码,分别用函数名作为标号隔开了
1int g(int x) -> g:2int f(int x) -> f:3int main(void) -> main:
我们知道程序是从main函数开始执行的,那么当程序被加载并运行时,上面的汇编代码会被加载到内存的某一个区域。而且,CPU中的很多寄存器都会初始化,当然其中最重要的是eip,因为eip是指向下一条将要执行的命令所在的内存地址,所以此时的eip应该指向main标号下的pushl %ebp:
1main:2eip -> pushl %ebp
程序开始执行…
我们捆绑着看,首先先看这两条:
1pushl%ebp2movl%esp, %ebp
再观察一下整个代码,有没有发现不仅仅是main函数,函数f和g的开头也是这两个指令。分析一下,不难得出,这两条指令是指将当前栈基地址压栈后,重新将基地址定位到栈顶,这个含义其实是保存好当前的基地址,重新开始一个新的栈。由于函数可以调函数,这里的当前基地址,实际上是上一个函数的栈基地址。例如,在f函数中的这两句指令,实际上保存的是main函数的栈基地址。
接着来分析两句:
1subl$4, %esp2movl$10, (%esp)
对照C代码不难发现,这是参数进栈,将立即数10,保存到栈顶(esp所指向的内存地址是栈顶)。而在f函数中也可以发现类似的语句:
1subl$4, %esp2movl8(%ebp), %eax3movl%eax, (%esp)
所以,我们可以得出结论是,在调用函数前需要把参数逐个压栈,而压栈的顺序根据笔者的测试是从右向左的。
接着调用call指令,跳转到f函数,我们知道call指令等同于下面的伪代码:
1pushl %eip+12movl %eip f
即把call指令的后一条指令进栈后,将eip赋值为目标函数的第一个指令地址。这样做显而易见:当所调用的函数结束后,需要返回当前函数继续执行,所以必须要保存下一条指令,否则回来的时候就找不到了。
来到f函数,首先是保存main函数的栈基地址,然后需要调用g函数,于是需要参数先进栈:
1subl$4, %esp2movl8(%ebp), %eax3movl%eax, (%esp)
这里重点思考一下,f函数是如何获得main函数传递过来的参数的,我们看到
1movl 8(%ebp), %eax
为什么参数是从8(%ebp)中获得的呢?我们知道8(%ebp)表示的是以ebp为基准向栈底回溯8个字节得到,为什么是8个字节呢?
回想一下,在main函数中完成了参数进栈后做了两件事情:
1.由于call f指令的作用,call f下一条指令的地址被压栈了,这占用率4个字节
2.进入f函数后,立即将main函数的栈基地址进栈了,而且将ebp靠向了栈顶esp,这又占用了4个字节
于是通过8(%ebp)可以找到前一个函数的第一个整型参数的值。
一张图告诉你怎么回事:
看过了进入函数,调用函数的过程,再看一下函数是如何退出的。观察main和f不难发现,退出函数使用的是如下指令
1leave2ret
leave指令相当于如下指令:
1movl%ebp, %esp2popl%ebp
●第一条语句是将esp重置到ebp,可以理解为清空当前函数所使用的栈
●第二条语句是将栈顶值赋值给ebp,并弹出,栈顶值是什么呢?通过上面的分析不难发现,此时的栈顶值实际上是前一个函数的栈基地址,所以第二条语句的意思就是把ebp恢复到前一个函数的栈基地址
接着ret就是相当于,恢复指令指向:
1popl %eip
为什么g函数没有leave呢?
因为g函数内部没有任何的变量声明和函数调用栈一直都是空的,所以编译器优化了指令。
总结
最后,通过这个例子,总结一下函数调用的过程:
进入函数:
当前栈基地址压栈(当前栈基地址实际上是前一个函数的栈基地址)
调用其他函数:
1.参数从右到左进栈
2.下一条指令地址进栈
退出函数:
1.栈顶esp归位,回到本函数的ebp
2.基地址回退到上一个函数的基地址
3.eip退回到上一个函数即将要执行的那条语句的地址上
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