在C語言中,假設我們有這樣的一個函數:int function(int a,int b) 調用時只要用result =function(1,2)這樣的方式就可以使用這個函數。但是,當高級語言被編譯成計算機可以識別的機器碼時,有一個問題就凸現出來:在CPU中,計算機沒有辦法知道一個函數調用需要多少個、什麼樣的參數,也沒有硬件可以保存這些參數。也就是說,計算機不知道怎麼給這個函數傳遞參數,傳遞參數的工作必須由函數調用者和函數本身來協調。爲此,計算機提供了一種被稱爲棧的數據結構來支持參數傳遞。
棧是一種先進後出的數據結構,棧有一個存儲區、一個棧頂指針。棧頂指針指向堆棧中第一個可用的數據項(被稱爲棧頂)。用戶可以在棧頂上方向棧中加入數據,這個操作被稱爲壓棧(Push),壓棧以後,棧頂自動變成新加入數據項的位置,棧頂指針也隨之修改。用戶也可以從堆棧中取走棧頂,稱爲彈出棧(pop),彈出棧後,棧頂下的一個元素變成棧頂,棧頂指針隨之修改。
函數調用時,調用者依次把參數壓棧,然後調用函數,函數被調用以後,在堆棧中取得數據,並進行計算。函數計算結束以後,或者調用者、或者函數本身修改堆棧,使堆棧恢復原裝。
在參數傳遞中,有兩個很重要的問題必須得到明確說明: 當參數個數多於一個時,按照什麼順序把參數壓入堆棧 函數調用後,由誰來把堆棧恢復原裝 在高級語言中,通過函數調用約定來說明這兩個問題。常見的調用約定有: stdcall cdecl fastcall thiscall naked call
1.stdcall調用約定 _stdcall是Pascal程序的缺省調用方式,常常用PASCAL宏來聲明這個調用約定,類似的宏還有WINAPI和CALLBACK。通常用於Win32 Api中,函數採用從右到左的壓棧方式,自己在退出時清空堆棧。VC將函數編譯後會在函數名前面加上下劃線前綴,在函數名後加上"@"和參數的字節數。對於“c++”函數,則有所不同。所有的win32 api函數都遵循該約定。 stdcall調用約定聲明的語法爲(以前文的那個函數爲例): int __stdcall function(int a,int b) stdcall的調用約定意味着: 1)參數從右向左壓入堆棧 2)函數自身修改堆棧 3)函數名自動加前導的下劃線,後面緊跟一個@符號,其後緊跟着參數的尺寸
以上述這個函數爲例,參數b首先被壓棧,然後是參數a,函數調用function(1,2)調用處翻譯成彙編語言將變成: push 2 第二個參數入棧 push 1 第一個參數入棧 call function 調用參數,注意此時自動把cs:eip入棧 而對於函數自身,則可以翻譯爲: push ebp 保存ebp寄存器,該寄存器將用來保存堆棧的棧頂指針,可以在函數退出時恢復 mov ebp,esp保存堆棧指針 mov eax,[ebp + 8H] 堆棧中ebp指向位置之前依次保存有ebp,cs:eip,a,b,ebp +8指向a add eax,[ebp + 0CH] 堆棧中ebp + 12處保存了b mov esp,ebp 恢復esp pop ebp ret 8 而在編譯時,這個函數的名字被翻譯成_function@8
注意不同編譯器會插入自己的彙編代碼以提供編譯的通用性,但是大體代碼如此。其中在函數開始處保留esp到ebp中,在函數結束恢復是編譯器常用的方法。
從函數調用看,2和1依次被push進堆棧,而在函數中又通過相對於ebp(即剛進函數時的堆棧指針)的偏移量存取參數。函數結束後,ret 8表示清理8個字節的堆棧,函數自己恢復了堆棧。
2.cdecl調用約定 C調用約定(即用__cdecl關鍵字說明)按從右至左的順序壓參數入棧,由調用者把參數彈出棧。對於傳送參數的內存棧是由調用者來維護的(正因爲如此,實現可變參數的函數只能使用該調用約定)。另外,在函數名修飾約定方面也有所不同。 _cdecl是C和C++程序的缺省調用方式。每一個調用它的函數都包含清空堆棧的代碼,所以產生的可執行文件大小會比調用_stdcall函數的大。函數採用從右到左的壓棧方式。VC將函數編譯後會在函數名前面加上下劃線前綴。是MFC缺省調用約定。 cdecl調用約定又稱爲C調用約定,是C語言缺省的調用約定,它的定義語法是: int function (int a ,int b) //不加修飾就是C調用約定 int __cdecl function(int a,int b)//明確指出C調用約定 在寫本文時,出乎我的意料,發現cdecl調用約定的參數壓棧順序是和stdcall是一樣的,參數首先由右向左壓入堆棧。所不同的是,函數本身不清理堆棧,調用者負責清理堆棧。由於這種變化,C調用約定允許函數的參數的個數是不固定的,這也是C語言的一大特色。對於前面的function函數,使用cdecl後的彙編碼變成: 調用處 push 1 push 2 call function add esp,8 注意:這裏調用者在恢復堆棧 被調用函數_function處 push ebp 保存ebp寄存器,該寄存器將用來保存堆棧的棧頂指針,可以在函數退出時恢復 mov ebp,esp 保存堆棧指針 mov eax,[ebp + 8H] 堆棧中ebp指向位置之前依次保存有ebp,cs:eip,a,b,ebp +8指向a add eax,[ebp +0CH] 堆棧中ebp + 12處保存了b mov esp,ebp 恢復esp pop ebp ret 注意,這裏沒有修改堆棧
由於參數按照從右向左順序壓棧,因此最開始的參數在最接近棧頂的位置,因此當採用不定個數參數時,第一個參數在棧中的位置肯定能知道,只要不定的參數個數能夠根據第一個後者後續的明確的參數確定下來,就可以使用不定參數,例如對於CRT中的sprintf函數,定義爲: int sprintf(char* buffer,const char* format,...) 由於所有的不定參數都可以通過format確定,因此使用不定個數的參數是沒有問題的。
3.fastcall fastcall調用約定和stdcall類似,它意味着:
函數的第一個和第二個DWORD參數(或者尺寸更小的)通過ecx和edx傳遞,其他參數通過從右向左的順序壓棧 被調用函數清理堆棧 對於“c”函數或者變量,修飾名以“@”爲前綴,然後是函數名,接着是符號“@”及參數的字節數,如函數int func(int a, double b)的修飾名是@func@12。對於“c++”函數,有所不同。未來的編譯器可能使用不同的寄存器來存放參數。 其聲明語法爲:int fastcall function(int a,int b)
4.Thiscall thiscall是唯一一個不能明確指明的函數修飾,因爲thiscall不是關鍵字。它是C++類成員函數缺省的調用約定。由於成員函數調用還有一個this指針,因此必須特殊處理,thiscall意味着: 參數從右向左入棧 如果參數個數確定,this指針通過ecx傳遞給被調用者; 如果參數個數不確定,this指針在所有參數壓棧後被壓入堆棧。 對參數個數不定的,調用者清理堆棧,否則函數自己清理堆棧 爲了說明這個調用約定,定義如下類和使用代碼:
class A{ public: int function1(int a,int b); int function2(int a,...); }; int A::function1 (int a,int b) { return a+b; } #include int A::function2(int a,...) { va_list ap; va_start(ap,a); int i; int result = 0; for(i = 0 ; i < a ; i ++) { result += va_arg(ap,int); } return result; } void callee() { A a; a.function1 (1,2); a.function2(3,1,2,3); } callee函數被翻譯成彙編後就變成:
//函數function1調用 0401C1D push 2 00401C1F push 1 00401C21 leaecx,[ebp-8] 00401C24 call function1 注意,這裏this沒有被入棧 //函數function2調用00401C29 push 3 00401C2B push 2 00401C2D push 1 00401C2F push 3 00401C31 lea eax,[ebp-8] 這裏引入this指針 00401C34 push eax 00401C35 call function2 00401C3A add esp,14h 可見,對於參數個數固定情況下,它類似於stdcall,不定時則類似cdecl
5.naked call 這是一個很少見的調用約定,一般程序設計者建議不要使用。編譯器不會給這種函數增加初始化和清理代碼,更特殊的是,你不能用return返回返回值,只能用插入彙編返回結果。這一般用於實模式驅動程序設計,假設定義一個求和的加法程序,可以定義爲:
__declspec(naked) int add(int a,int b){ __asm mov eax,a __asm add eax,b __asm ret }注意,這個函數沒有顯式的return返回值,返回通過修改eax寄存器實現,而且連退出函數的ret指令都必須顯式插入。上面代碼被翻譯成彙編以後變成:
mov eax,[ebp+8] add eax,[ebp+12] ret 8 注意這個修飾是和__stdcall及cdecl結合使用的,前面是它和cdecl結合使用的代碼,對於和stdcall結合的代碼,則變成:
__declspec(naked) int __stdcall function(int a,int b){ __asm mov eax,a __asm add eax,b __asm ret 8 //注意後面的8}至於這種函數被調用,則和普通的cdecl及stdcall調用函數一致。
6 函數調用約定導致的常見問題 如果定義的約定和使用的約定不一致,則將導致堆棧被破壞,導致嚴重問題,下面是兩種常見的問題: 1.函數原型聲明和函數體定義不一致 2.DLL導入函數時聲明瞭不同的函數約定 以後者爲例,假設我們在dll種聲明瞭一種函數爲: __declspec(dllexport) int DLLFUNC(int a,int b);//注意,這裏沒有stdcall,使用的是cdecl使用時代碼爲: typedef int (*WINAPI DLLFUNC)(int a,int b); hLib = LoadLibrary(...); DLLFUNC func = (DLLFUNC)GetProcAddress(...)//這裏修改了調用約定 result = func(1,2);//導致錯誤 由於調用者沒有理解WINAPI的含義錯誤的增加了這個修飾,上述代碼必然導致堆棧被破壞,MFC在編譯時插入的checkesp函數將告訴你,堆棧被破壞了。 |
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