VC程序中__pexit () __penter()函数用途实现及使用和配置方法

原创 于 2025-02-11 14:51:29 发布 · 1k 阅读 · 25 ·
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#c++ #C++软件调试 #软件性能检测

在 Visual C++ (VC) 中，__penter() 和 __pexit() 函数通常用于函数性能数据收集和调用堆栈记录。通过在函数调用和返回时插入这些函数，可以获取详细的性能数据和调用堆栈信息。下面将详细介绍如何使用 naked 汇编方式实现 __penter() 和 pexit() 函数，并说明它们的用途和配置方法。

什么是 naked 函数

naked 函数是指不包含编译器自动生成的入口和出口代码的函数。这些函数完全由开发者自己管理函数的调用和返回过程，适合用于性能关键的代码或需要精细控制的场合。

实现 __penter() 和 __pexit() 函数

__penter() 函数
#include <windows.h>

__declspec(naked) void __penter() {
    __asm {
        ; 保存当前函数的 EBP 值
        push ebp
        ; 设置新函数的 EBP 值
        mov ebp, esp
        ; 保存当前函数的返回地址
        push dword ptr [ebp + 4]
        ; 调用性能数据收集函数
        call _FunctionEnter
        ; 恢复 ESP 和 EBP
        mov esp, ebp
        pop ebp
        ; 返回到调用者
        ret
    }
}

void _FunctionEnter(const void* returnAddress) {
    // 这里可以收集函数调用的性能数据
    // 例如，记录调用时间、调用堆栈等
    printf("Function Enter: %p\n", returnAddress);
}

__pexit() 函数
__declspec(naked) void __pexit() {
    __asm {
        ; 保存当前函数的 EBP 值
        push ebp
        ; 设置新函数的 EBP 值
        mov ebp, esp
        ; 保存当前函数的返回地址
        push dword ptr [ebp + 4]
        ; 调用性能数据收集函数
        call _FunctionExit
        ; 恢复 ESP 和 EBP
        mov esp, ebp
        pop ebp
        ; 返回到调用者
        ret
    }
}

void _FunctionExit(const void* returnAddress) {
    // 这里可以收集函数返回的性能数据
    // 例如，记录返回时间、调用堆栈等
    printf("Function Exit: %p\n", returnAddress);
}

使用和配置方法

  1. 配置编译器：

    • 确保在编译时启用调试信息。可以在 Visual Studio 项目设置中，选择 “Configuration Properties” -> “C/C++” -> “General” -> “Debug Information Format”，设置为 “Program Database for Edit and Continue” (/ZI) 或 “Program Database” (/Zi)。

  2. 启用函数级插桩：

    • 在项目设置中，选择 “Configuration Properties” -> “C/C++” -> “Code Generation” -> “Enable Function-Level Linking”，设置为 “Yes” (/Gy)。
    • 选择 “Configuration Properties” -> “Linker” -> “Optimization” -> “Enable COMDAT Folding”，设置为 “No” (/OPT:NOCOMDAT).

  3. 启用 __penter() 和 __pexit()：

    • 在项目设置中，选择 “Configuration Properties” -> “C/C++” -> “Preprocessor” -> “Preprocessor Definitions”，添加 _DEBUG 和 _CRTDBG_MAP_ALLOC。
    • 在代码中包含头文件 <crtdbg.h>，以确保编译器识别这些调试函数。

  4. 使用 naked 函数：

    • 确保你的项目支持汇编代码。可以在 Visual Studio 中创建一个新的 .asm 文件，或者在 .cpp 文件中使用内联汇编。

用途

函数性能数据收集
  • 调用时间：__penter() 和 __pexit() 可以记录每个函数的调用和返回时间，从而计算函数的执行时间。
  • 调用堆栈：通过保存和传递返回地址，可以构建调用堆栈，帮助分析函数调用的上下文。
  • 内存使用：可以在 __penter() 中记录函数进入时的内存使用情况，在 __pexit() 中记录函数退出时的内存使用情况，从而分析函数的内存使用情况。
示例代码

以下是一个完整的示例，展示了如何在 Visual C++ 中使用 __penter() 和 __pexit() 函数来收集函数的调用和返回信息。

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <crtdbg.h>
#include <time.h>

__declspec(naked) void __penter() {
    __asm {
        push ebp
        mov ebp, esp
        push dword ptr [ebp + 4]
        call _FunctionEnter
        mov esp, ebp
        pop ebp
        ret
    }
}

void _FunctionEnter(const void* returnAddress) {
    static FILE* file = fopen("function_trace.log", "w");
    if (file) {
        fprintf(file, "Function Enter: %p\n", returnAddress);
        fflush(file);
    }
}

__declspec(naked) void __pexit() {
    __asm {
        push ebp
        mov ebp, esp
        push dword ptr [ebp + 4]
        call _FunctionExit
        mov esp, ebp
        pop ebp
        ret
    }
}

void _FunctionExit(const void* returnAddress) {
    static FILE* file = fopen("function_trace.log", "a");
    if (file) {
        fprintf(file, "Function Exit: %p\n", returnAddress);
        fflush(file);
    }
}

void Function1() {
    std::cout << "Function1 called" << std::endl;
    Function2();
}

void Function2() {
    std::cout << "Function2 called" << std::endl;
}

int main() {
    Function1();
    return 0;
}

说明

  1. 日志文件：_FunctionEnter 和 _FunctionExit 函数将调用和返回信息记录到 function_trace.log 文件中。
  2. 性能数据：你可以在这些函数中添加更多的代码来记录时间、内存使用等性能数据。
  3. 调试工具：这些函数可以与 Visual Studio 的调试工具结合使用，帮助你更详细地分析程序的性能和调用堆栈。

注意事项

  • 性能影响：在每个函数调用和返回时插入 __penter() 和 __pexit() 会增加一些性能开销，因此只在调试阶段使用这些函数。
  • 编译器版本：确保你使用的是支持 naked 函数的编译器版本。
  • 多线程：如果程序是多线程的，需要确保日志文件的写入是线程安全的。

通过这种方式，你可以更精细地控制函数的调用和返回过程，从而进行详细的性能分析和调试。

__pexit()和__penter()的X64版本

在 X64 体系结构中实现 __penter() 和 __pexit() 函数与在 X86 中有所不同。X64 使用寄存器传递参数，并且函数调用约定也发生了变化。为了在 X64 中实现这些函数，我们需要使用 ASM 汇编文件（.s 文件），并在其中编写相应的汇编代码。

以下是如何在 X64 中实现 __penter() 和 __pexit() 函数的详细步骤，并将它们放入单独的汇编文件中（.s 文件）。

1. 汇编文件实现

创建一个名为 penter_pexit.s 的汇编文件，并实现 __penter() 和 __pexit() 函数。

penter_pexit.s 文件内容
; 使用 Microsoft x64 calling convention

.CODE

; __penter() 函数
__penter PROC
    ; 保存返回地址到 RCX 寄存器
    mov     rcx, qword ptr [rsp]

    ; 保存当前栈帧
    push    rbp
    mov     rbp, rsp

    ; 调用 C++ 回调函数 _FunctionEnter(returnAddress)
    sub     rsp, 20h
    call    _FunctionEnter
    add     rsp, 20h

    ; 恢复栈帧
    pop     rbp

    ; 返回到调用者
    ret
__penter ENDP

; __pexit() 函数
__pexit PROC
    ; 保存返回地址到 RCX 寄存器
    mov     rcx, qword ptr [rsp]

    ; 保存当前栈帧
    push    rbp
    mov     rbp, rsp

    ; 调用 C++ 回调函数 _FunctionExit(returnAddress)
    sub     rsp, 20h
    call    _FunctionExit
    add     rsp, 20h

    ; 恢复栈帧
    pop     rbp

    ; 返回到调用者
    ret
__pexit ENDP

END

2. C++ 代码

在 C++ 代码中，定义 _FunctionEnter() 和 _FunctionExit() 回调函数，用于收集性能数据。

main.cpp 文件内容
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <fstream>

// 定义回调函数
extern "C" void _FunctionEnter(const void* returnAddress);
extern "C" void _FunctionExit(const void* returnAddress);

void _FunctionEnter(const void* returnAddress) {
    static std::ofstream logFile("function_trace.log", std::ios::app);
    if (logFile.is_open()) {
        logFile << "Function Enter: " << returnAddress << std::endl;
        logFile.flush();
    }
}

void _FunctionExit(const void* returnAddress) {
    static std::ofstream logFile("function_trace.log", std::ios::app);
    if (logFile.is_open()) {
        logFile << "Function Exit: " << returnAddress << std::endl;
        logFile.flush();
    }
}

void Function1() {
    std::cout << "Function1 called" << std::endl;
    Function2();
}

void Function2() {
    std::cout << "Function2 called" << std::endl;
}

int main() {
    Function1();
    return 0;
}

3. 项目配置

(1) 设置 Visual Studio 项目

  1. 添加 ASM 文件到项目：

    • 在 Visual Studio 中，右键点击项目，选择 “Add” -> “Existing Item”，然后添加 penter_pexit.s 文件。

  2. 设置汇编编译器：

    • 在项目属性中，选择 “Configuration Properties” -> “Microsoft Macro Assembler” -> “General”。
    • 确保 “Enable Minimal Rebuild” 和 “Enable Incremental Linking” 都设置为 “No”。

  3. 设置 C++ 编译器：

    • 在项目属性中，选择 “Configuration Properties” -> “C/C++” -> “Code Generation”。
    • 确保 “Enable Function-Level Linking” 设置为 “Yes”。

  4. 设置链接器：

    • 在项目属性中，选择 “Configuration Properties” -> “Linker” -> “Optimization”。
    • 确保 “Enable COMDAT Folding” 设置为 “No”。
(2) 编译和运行
  • 确保项目配置为 x64（64 位）平台。
  • 编译并运行项目，function_trace.log 文件将记录每个函数的进入和退出信息。

4. 关键点解释

(1) 汇编代码

  • __penter() 和 __pexit()：

    • 这两个函数在每个函数的进入和退出时被调用。
    • 通过 mov rcx, qword ptr [rsp] 获取返回地址。
    • 使用 call _FunctionEnter 或 call _FunctionExit 调用 C++ 回调函数。

  • 栈帧管理：

    • 使用 push rbp 和 mov rbp, rsp 保存当前栈帧。
    • 在调用 C++ 回调函数之前，使用 sub rsp, 20h 和 add rsp, 20h 对齐栈。
(2) C++ 回调函数
  • _FunctionEnter() 和 _FunctionExit()：
    • 这些函数将函数的进入和退出信息记录到日志文件中。
    • 使用 std::ofstream 将数据写入文件。
(3) 项目配置
  • ASM 文件：
    • 确保汇编文件被正确编译。
  • C++ 文件：
    • 启用函数级链接以确保 __penter() 和 __pexit() 被正确插入到每个函数中。

5. 用途

(1) 函数性能数据收集
  • 调用时间：通过记录函数的进入和退出时间，可以计算函数的执行时间。
  • 调用堆栈：通过记录返回地址，可以构建调用堆栈。
  • 内存使用：可以扩展代码以记录内存使用情况。
(2) 调试工具集成
  • 这些函数可以与 Visual Studio 的调试工具结合使用，分析程序的性能瓶颈。

6. 示例输出

运行程序后，function_trace.log 文件将包含类似以下内容：

Function Enter: 00007FF7C8E11000
Function Enter: 00007FF7C8E11050
Function Exit: 00007FF7C8E11050
Function Exit: 00007FF7C8E11000

这些地址是函数调用的返回地址，可以用于分析程序的执行路径。

通过这种方式，你可以在 X64 环境中实现 __penter() 和 __pexit() 函数，并将它们放入单独的汇编文件中，从而实现高效的函数级性能数据收集。

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