CPU指令解析及函数调用机制

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2024-04-03 09:36 75阅读 0赞

**目录**

一、CPU指令解析

最常用的mov指令

对栈进行push和pop

二、函数的调用机制

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## 一、CPU指令解析 ##

### 最常用的mov指令 ###

指令中最常使用的是对寄存器和内存进行数据存储的 **mov** 指定数据的存储地和读出源。操作数中可以指定寄存器、常数、标签（附加在地址前），以及用方括号**（\[ \]）**围起来的这些内容。如果指定了没有用**（\[ \]）**方括号围起来的内容，就表示对该值进行处理；如果指定了用方括号围起来的内容，方括号的值则会被解释为内存地址，然后就会对该内存地址对应的值进行读写操作。让我们对上面的代码片段进行说明指令，mov指令的两个操作数，分别用来

mov
    ebp,espeax,dword ptr [ebp+8]

mov ebp,esp中，esp 寄存器中的值被直接存储在了ebp中，也就是说，如果esp 寄存器的值是100的话那么 ebp 寄存器的值也是100.

而在 **mov eax,dword ptr \[ebp+8\]**这条指令中，ebp寄存器的值＋8后会被解析称为内存地址。如果 ebp

寄存器的值是100的话，那么eax寄存器的值就是100+8的地址的值。**dword ptr** 也叫做**double word pointer** 简单解释一下就是从指定的内存地址中读出4字节的数据

### 对栈进行push和pop ###

程序运行时，会在内存上申请分配一个称为栈的数据空间。栈（stack)的特性是后入先出，数据在存储时是从内存的下层（大的地址编号）逐渐往上层（小的地址编号）累积，读出时则是按照从上往下进行读取的。

栈的模型：

![c97f85631e1f4e1e904339357844ca21.png][]

栈的存储临时数据的区域，它的特点是通过 push 指令和pop指令进行数据的存储和读出。向栈中存储数据称为 入栈 ，从栈中读出数据称为 出栈 ，32位 x86 系列的CPU中，进行1次push或者pop，即可处理32位（4字节）的数据

## 二、函数的调用机制 ##

下面我们一起来分析一下函数的调用机制，我们以上面的C语言编写的代码为例。首先，让我们从MyFunc 函数调用 AddNum 函数的汇编语言部分开始，来对函数的调用机制进行说明。栈在函数的调用中发挥了巨大的作用，下面是经过处理后的MyFunc函数的汇编处理内容

_MyFunc    proc    near                            
     push       ebp     ; 将ebp寄存器的值存入栈中         （1）
     mov        ebp,esp ; 将esp寄存器的值存入ebp寄存器中  （2）
     push       456     ; 将456入栈                      （3）
     push       123     ; 将123入栈                      （4）
     call       _AddNum ; 调用 AddNum 函数               （5）
     add        esp,8   ; esp寄存器的值 + 8              （6）
     pop        ebp     ; 读出栈中的数值存入esp寄存器中    （7）
     ret                ; 结束 MyFunc 函数，返回到调用源   （8）
    _MyFunc    ebp

代码解释中的（1)、（2)、（7)、（8)的处理适用于C语言中的所有函数，我们会在后面展示 **AddNum**函数处理内容时进行说明。这里希望大家先关注（3)-(6)这一部分，这对了解函数调用机制至关重要。

（3)和（4)表示的是将传递给AddNum函数的参数通过push入栈。在C语言源代码中，虽然记述为函数AddNum(123, 456),但入栈时则会先按照456, 123这样的顺序。也就是位于后面的数值先入栈。这是C语言的规定。（5)表示的call 指令，会把程序流程跳转到AddNum函数指令的地址处。在汇编语言中，**函数名** 表示的就是函数所在的内存地址。AddNum 函数处理完毕后，程序流程必须要返回到编号（6)这一行。call 指令运行后，call 指令的下一行（也就指的是（6)这一行）的内存地址（调用函数完毕后要返回的内存地址）会自动的push入栈。该值会在AddNum函数处理的最后通过**ret**指令pop出栈，然后程序会返回到（6)这一行。

（6)部分会把栈中存储的两个参数（456和123)进行销毁处理。虽然通过两次的pop指令也可以实现，不过采用esp 寄存器＋8的方式会更有效率（处理1次即可）。对栈进行数值的输入和输出时，数值的单位是4字节。因此，通过在负责栈地址管理的esp 寄存器中加上4的2倍8,就可以达到和运行两次 pop命令同样的效果。虽然内存中的数据实际上还残留着，但只要把esp 寄存器的值更新为数据存储地址前面的数据位置，该数据也就相当于销毁了

我在编译 **Sample4.c** 文件时，出现了下图的这条消息

D: \C> bcc32-c-S Sample4.cBorland C++ 5. 5. 1 for Win32 Copyright <c> 1993.2000
    BorlandSample4.c:Warning W8004 Sample4.c 10: 'c' is assigned a value that is 
    never used in function MyFunc

上面的意思是指c的值在MyFunc定义了但是一直未被使用，这其实是一项编译器优化的功能，由于存储AddNum函数返回值的变量c在没有被用到，因此编译器就认为 该变量没有意义，进而也就没有生成与之对应的汇编语言代码

下图是调用AddNum这一函数前后栈内存的变化：

![56bb968b2c574474be9d5a1caa1517bf.png][]

[c97f85631e1f4e1e904339357844ca21.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/511039a0b7f04f2680228e6f4f6ba4b9.png
[56bb968b2c574474be9d5a1caa1517bf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/2e9460e477ac428aa9707512eaabc09c.png