當高級語言函數被編譯成機器碼時,有一個問題就必須解決:因爲CPU沒有辦法知道一個函數調用需要多少個、什麼樣的參數。即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。
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:
1) 當參數個數多於一個時,按照什麼順序把參數壓入堆棧;
2) 函數調用後,由誰來把堆棧恢復原裝。
3)函數的返回值放在什麼地方
在高級語言中,通過函數調用規範(Calling Conventions)來說明這兩個問題。常見的調用規範有:
stdcall
cdecl
fastcall
thiscall
naked call
stdcall調用規範
stdcall很多時候被稱爲pascal調用規範,因爲pascal是早期很常見的一種教學用計算機程序設計語言,其語法嚴謹,使用的函數調用約定是stdcall。在Microsoft C++系列的C/C++編譯器中,常常用PASCAL宏來聲明這個調用約定,類似的宏還有WINAPI和CALLBACK。
stdcall調用規範聲明的語法爲:
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。
cdecl調用規範
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
cdecl調用約定的參數壓棧順序是和stdcall是一樣的,參數首先由有向左壓入堆棧。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
MSDN中說,該修飾自動在函數名前加前導的下劃線,因此函數名在符號表中被記錄爲_function。
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。
fastcall調用規範
fastcall調用約定和stdcall類似,它意味着:
1) 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;
2) 被調用函數清理堆棧;
3) 函數名修改規則同stdcall。
其聲明語法爲:int __fastcall function(int a,int b)
thiscall調用規範
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:
1) 參數從右向左入棧;
2) 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;
3) 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;
}
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 lea ecx,[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
naked call調用規範
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,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。
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