1 寄存器分配
概念:寄存器是处理器加工数据或运行程序的重要载体
用处:用于存放程序执行中用到的数据和指令。因此函数调用栈的实现与处理器寄存器组密切相关。
Intel 32位体系结构(简称IA32)处理器包含8个四字节寄存器,如下图所示:编辑
某些指令可能以固定的寄存器作为源寄存器或目的寄存器,如一些特殊的算术操作指令imull/mull/cltd/idivl/divl要求一个参数必须在%eax中,其运算结果存放在%edx(higher 32-bit)和%eax (lower32-bit)中;又如函数返回值通常保存在%eax中,等等。
用途:ESP(Stack Pointer)是堆栈指针寄存器,存放执行函数对应栈帧的栈顶地址(也是系统栈的顶部),且始终指向栈顶;EBP(Base Pointer)是栈帧基址指针寄存器,存放执行函数对应栈帧的栈底地址,用于C运行库访问栈中的局部变量和参数。
2 寄存器使用约定
原理:寄存器%eax、%edx和%ecx为主调函数保存寄存器(caller-saved registers),当函数调用时,若主调函数希望保持这些寄存器的值,则必须在调用前显式地将其保存在栈中;被调函数可以覆盖这些寄存器,而不会破坏主调函数所需的数据。寄存器%ebx、%esi和%edi为被调函数保存寄存器(callee-saved registers),即被调函数在覆盖这些寄存器的值时,必须先将寄存器原值压入栈中保存起来,并在函数返回前从栈中恢复其原值,因为主调函数可能也在使用这些寄存器。此外,被调函数必须保持寄存器%ebp和%esp,并在函数返回后将其恢复到调用前的值,亦即必须恢复主调函数的栈帧。
3 栈帧结构
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主调函数将参数按照调用约定依次入栈(图中为从右到左),然后将指令指针EIP入栈以保存主调函数的返回地址(下一条待执行指令的地址)。进入被调函数时,被调函数将主调函数的帧基指针EBP入栈,并将主调函数的栈顶指针ESP值赋给被调函数的EBP(作为被调函数的栈底),接着改变ESP值来为函数局部变量预留空间。 此时被调函数帧基指针指向被调函数的栈底。以该地址为基准,向上(栈底方向)可获取主调函数的返回地址、参数值,向下(栈顶方向)能获取被调函数的局部变量值,而该地址处又存放着上一层主调函数的帧基指针值。本级调用结束后,将EBP指针值赋给ESP,使ESP再次指向被调函数栈底以释放局部变量;再将已压栈的主调函数帧基指针弹出到EBP,并弹出返回地址到EIP。ESP继续上移越过参数,最终回到函数调用前的状态,即恢复原来主调函数的栈帧。如此递归便形成函数调用栈。
EBP指针在当前函数运行过程中(未调用其他函数时)保持不变。在函数调用前,ESP指针指向栈顶地址,也是栈底地址。在函数完成现场保护之类的初始化工作后,ESP会始终指向当前函数栈帧的栈顶,此时,若当前函数又调用另一个函数,则会将此时的EBP视为旧EBP压栈,而与新调用函数有关的内容会从当前ESP所指向位置开始压栈。
若需在函数中保存被调函数保存寄存器(如ESI、EDI),则编译器在保存EBP值时进行保存,或延迟保存直到局部变量空间被分配。在栈帧中并未为被调函数保存寄存器的空间指定标准的存储位置。包含寄存器和临时变量的函数调用栈布局可能如下图所示:编辑
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函数调用以值传递时,传入的实参(locMain13)与被调函数内操作的形参(para13)两者存储地址不同,因此被调函数无法直接修改主调函数实参值(对形参的操作相当于修改实参的副本)。为达到修改目的,需要向被调函数传递实参变量的指针(即变量的地址)。
4 堆栈操作
压栈(push): 栈顶指针ESP减小4个字节;以字节为单位将寄存器数据(四字节,不足补零)压入堆栈,从高到低按字节依次将数据存入ESP-1、ESP-2、ESP-3、ESP-4指向的地址单元。
出栈(pop): 栈顶指针ESP指向的栈中数据被取回到寄存器;栈顶指针ESP增加4个字节。
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调用(call): 将当前的指令指针EIP(该指针指向紧接在call指令后的下条指令)压入堆栈,以备返回时能恢复执行下条指令;然后设置EIP指向被调函数代码开始处,以跳转到被调函数的入口地址执行。
离开(leave): 恢复主调函数的栈帧以准备返回。等价于指令序列movl %ebp, %esp(恢复原ESP值,指向被调函数栈帧开始处)和popl %ebp(恢复原ebp的值,即主调函数帧基指针)。
返回(ret): 与call指令配合,用于从函数或过程返回。从栈顶弹出返回地址(之前call指令保存的下条指令地址)到EIP寄存器中,程序转到该地址处继续执行(此时ESP指向进入函数时的第一个参数)。若带立即数,ESP再加立即数(丢弃一些在执行call前入栈的参数)。使用该指令前,应使当前栈顶指针所指向位置的内容正好是先前call指令保存的返回地址。
5.linux命令
mv命令 – 移动或改名文件
mv命令来自英文单词move的缩写,中文译为“移动”,其功能与英文含义相同,能够对文件进行剪切和重命名操作。
对指定文件进行剪切后粘贴(重命名)操作:
[root@linuxcool ~]# mv File1.cfg File2.cfg 将指定文件移动到/etc目录中,
保留文件原始名称: [root@linuxcool ~]# mv File2.cfg /etc 将指定目录移动到/etc目录中,
并定义新的目录名称: [root@linuxcool ~]# mv Dir1 /etc/Dir2
将/home目录中所有的文件都移动到当前工作目录中,若遇到文件已存在则直接覆盖: [root@linuxcool ~]# mv -f /home/* .
ls命令 – 显示目录中文件及其属性信息
语法格式:ls 参数 文件名
cp命令 – 复制文件或目录
cp命令来自英文单词copy的缩写,中文译为“复制”,其功能是复制文件或目录。cp命令能够将一个或多个文件或目录复制到指定位置,亦常用于文件的备份工作。-r参数用于递归操作,复制目录时若忘记添加则会直接报错;-f参数则用于当目标文件已存在时会直接覆盖而不再询问。这两个参数尤为常用。
复制指定的源文件,并定义新文件的名称: [root@linuxcool ~]# cp File1.cfg File2.cfg 复制指定的源目录,
并定义新目录的名称: [root@linuxcool ~]# cp -r Dir1 Dir2
复制文件时,保留其原始权限及用户归属信息: [root@linuxcool ~]# cp -a File1.cfg File2.cfg
将指定文件复制到/etc目录中,并覆盖已有文件,不进行询问: [root@linuxcool ~]# cp -f File1.cfg /etc
将多个文件一同复制到/etc目录中,如已有目标文件名称则默认询问是否覆盖: [root@linuxcool ~]# cp File1.cfg File2.cfg /etc cp: overwrite '/etc/File1.cfg'? y