汇编相关知识

1. 概述

本文总结了一些汇编相关的基础知识。

2. 详述

2.1. 基础知识

  • 帧指针（FP，frame pointer）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底部。
  • 栈指针（SP，stack pointer）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。
  • 基指针（BP，base pointer）寄存器，其内存中存放着一个指针，该指针指向当前栈帧的底部。
  • 函数栈帧：SP和BP之间的内存空间为当前栈帧，BP标识了当前栈帧的底部，SP标识了当前栈帧的顶部。
  • 指令指针（IP，instruction pointer）寄存器， 其内存放着一个指针，该指针永远指向下一条待执行的指令地址。

2.2. 函数调用的步骤

  • 参数入栈：将参数从右向左依次压入系统栈中
  • 返回地址入栈：将当前代码区调用指令的下一条指令地址压入栈中，供函数返回时继续执行
  • 代码区跳转：处理器从当前代码区跳转到被调用函数的入口处
  • 栈帧调整：具体包括：（1）保存当前栈帧状态值，以备后面恢复本栈帧时使用（EBP入栈）。（2）将当前栈帧切换到新栈帧（将ESP值装入EBP，更新栈帧底部）。（3）给新栈帧分配空间（把ESP减去所需空间的大小，抬高栈顶）。

以如下的C语言程序为例，看一下汇编语言中的过程。C语言代码如下：

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#include <stdio.h>

int func(int a, int b, int c)
{
        a = 100;
        b = 200;
        c = 300;
        printf("%d\n", a);

        return a;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
        func(1, 2, 3);
        return 0;
}

汇编代码如下：

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0000000000000000 <func>:
   0:   55                      push   %rbp             ;将BP压栈。
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp        ;用SP的值覆盖BP。
   4:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp       ;SP向低地址偏移，开栈，这里开栈16B。
   8:   89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)  ;根据BP向负方向偏移，获取三个参数存储到寄存器。
   b:   89 75 f8                mov    %esi,-0x8(%rbp)
   e:   89 55 f4                mov    %edx,-0xc(%rbp)
  11:   c7 45 fc 64 00 00 00    movl   $0x64,-0x4(%rbp)
  18:   c7 45 f8 c8 00 00 00    movl   $0xc8,-0x8(%rbp)
  1f:   c7 45 f4 2c 01 00 00    movl   $0x12c,-0xc(%rbp)
  26:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax  
  29:   89 c6                   mov    %eax,%esi        ;根据程序，将第一个参数移到返回值寄存器。
  2b:   bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
  30:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  35:   e8 00 00 00 00          callq  3a <func+0x3a>
  3a:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
  3d:   c9                      leaveq 
  3e:   c3                      retq   

000000000000003f <main>:
  3f:   55                      push   %rbp             ;将BP压栈
  40:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp        ;用SP的值覆盖BP
  43:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp       ;SP向低地址偏移，开栈。这里开栈16B。
  47:   89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)  ;
  4a:   48 89 75 f0             mov    %rsi,-0x10(%rbp)
  4e:   ba 03 00 00 00          mov    $0x3,%edx        ;通过寄存器传参，存储三个参数到edx、esi、edi三个寄存器中。
  53:   be 02 00 00 00          mov    $0x2,%esi
  58:   bf 01 00 00 00          mov    $0x1,%edi
  5d:   e8 00 00 00 00          callq  62 <main+0x23>   ;调用func函数。
  62:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax        ;将0存储到eax寄存器中。
  67:   c9                      leaveq 
  68:   c3                      retq