函数调用栈

在程序运行过程中，栈用于维护函数调用的上下文，离开了栈，函数调用就无法实现。

栈帧

每个函数发生调用时，都会有一块栈空间，这块栈空间称为栈帧。

栈帧的结构如下：

这里要注意的是：栈空间是从高地址到低地址分配的。

rbp：基址指针寄存器(reextended base pointer)，其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的底部。

rsp：栈指针寄存器，其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的栈顶。

栈帧保存了一个函数调用所需要的维护信息：

• 函数的返回地址和参数。
• 临时变量：包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。
• 保存的上下文：包括在函数调用前后需要保持不变的寄存器。

函数调用与函数调用栈

写一个程序，通过反汇编，了解真实的函数调用栈。

// demo.cpp

#include <cstdint>
int32_t Func2(int32_t a);

int32_t Func1(int32_t a, int32_t b)
{
    int32_t c = 10;
    int32_t d = 0;
    c = Func2(c + d);
    return c + d + a + b;
}

int32_t Func2(int32_t a)
{
    int b = a * 2;
    return b;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    int32_t a = 42;
    int32_t b = 101;
    int32_t c = 0;
    c = Func1(a, b);
    return 0;
}

1. g++ -g demo.cpp -o demo:编译得到可执行文件。
2. objdump -s -d demo:反汇编得到汇编代码。

函数调用过程如下：

总结一下，当函数 A 调用函数 B 时：

1. 将函数入参保存要寄存器中。（在函数 A 的调用栈中）
2. 将函数 B 的返回地址压入栈，即将callq <B>的下一行指令地址压入栈，然后调用函数 B。（在函数 A 的调用栈中）
3. 函数参数入栈。（在函数 B 的调用栈中）
4. 局部变量入栈。（在函数 B 的调用栈中）
5. 执行一些运算指令。（在函数 B 的调用栈中）
6. 将返回结果保存到寄存器eax中。（在函数 B 的调用栈中）
7. 从寄存器eax中获得函数 B 的返回值。（在函数 A 的调用栈中）

其实函数调用过程中涉及到栈基指针rbp和栈顶指针rsp的变化。也就是这段汇编：

push %rbp
mov  %rsp,%rbp
sub  $0x20,%rsp

它的作用就是把上一个栈帧的rbp存起来，将当前栈的rbp更新成上一个栈帧的rsp，然后设置当前栈的rsp

。这样就完成了两个指针维护一个栈帧大小的功能。函数调用就是这两个指针的移动，函数调用栈的扩张和收缩。

实际函数调用栈的阅读

首先明确一点，栈空间是从高地址到低地址扩张的，阅读也是从高地址开始读。

查看调用栈

首先需要有调试信息的二进制文件。

利用gdb查看。

gdb demo
(gdb) b Func1(int, int) # 打个断点
(gdb) r
(gdb) s
(gdb) disassemble # 查看当前函数的汇编，能看到具体执行到哪一条指令
(gdb) ni # 执行一条指令
(gdb) p $rbp
(gdb) p $rsp
(gdb) x/32xg $rbp - 128 # 查看从$rbp - 128的地址开始32的单位（以16进制显示，每个单元8字节）的内存内容