函数的调用过程,栈帧

本文详细解析了C/C++中函数调用的过程,包括内存分配、CPU工作原理及栈帧的创建与释放机制。通过具体实例展示了如何在VC6.0环境下观察函数调用的全过程。

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想要深刻理解函数的调用过程,就必须了解C,C++程序的内存,CPU,以及栈帧的创建与释放。

我们知道函数的每一次调用都是一个过程,即我们要讨论的函数调用过程,这个过程要为函数开辟栈空间,用于本次函数调用中的临时变量的保存、现场保护。这块栈空间我们称之为函数栈帧。

1:下面是内存,我们以图的形式形象的展示出来,然后将栈区放大,如下图


对于栈区,我们先了解一下它的结构:

栈(stack):入栈(push)和出栈(pop),栈遵循“先进后出”或“后进先出”;

2:CPU

作用:读取指令-->分析指令-->执行指令

CPU中的寄存器:

EAX、EBX、ECX、EDX-->通用寄存器

EIP(PC)-->程序计数器(存放当前指令的下一条指令的地址)

ESP(栈顶)EBP(栈底)

注:esp和ebp之间就是一个函数的栈帧。函数在调用过程中会形成临时变量,而这个临时变量的调用和被调用就在栈帧之间。调用函数会形成栈帧,释放函数就会释放栈帧。

3:栈帧的创建和释放,我们在VC6.0下来实现它,我们先来用一个简单的代码看一下

#include<stdio.h>
#include<windows.h>
int myadd(int _a,int _b)
{
int z=_a+_b;
return z;
}
int main()
{
int a=0xAAAAAAAA;
int b=0xBBBBBBBB;
int ret=myadd(a,b);
printf("you should run here!\n",ret);
system("pause");
return 0;
}

接下来我们按Fn加F10进行调试,在view下查看a,b变量,如下:


接下来我们按F11进入myadd函数,我们调用myadd函数,其实是调用main函数,然后调用myadd函数,那接下来我们看一下(1):main函数的调用过程

在main函数当中,第一个被调的函数是mainCRTStartup函数。


接下来我们查看一下寄存器,在view->debug windows->regiest下查看,如下:


我们要研究的是main函数的调用过程,必须得对应汇编代码,上面一些就是简单的操作,我们记录一下,接下来,从main函数的地方开始,要展开main函数的调用就得为main函数创建栈帧,那我们先来看一下main函数栈帧的创建。


此时我们看一下寄存器中的值,b,a入栈,先入b,再入a


接下来按F10单步运行至call命令处,F11,进入myadd函数

(2)myadd函数的栈帧创建和main函数的栈帧创建与初始化是相同的

call指令:(1)对当前正在执行指令的下一条指令的地址进行保存。保存的目的是为了恢复。将地址保存在栈上。

(2)跳转至目标函数的地址处(jmp跳转)。


再按F11,就进入myadd函数的执行代码处,我们注意寄存器的值的变化:如下图


此时我们单步运行到ebp出栈,察看寄存器的值:


(3)剩下的就是函数返回部分:



F10单步运行至ret指令,然后F11,进入main函数返回部分,如下图

ret指令:(1)将当前保存的函数返回值地址出栈;

(2)用弹出来的数据修改EIP;







CTF(Capture The Flag)是一种信息安全竞赛,通常涉及一系列与安全相关的挑战和问题。在这些挑战中,函数调用的深理解对于解决许多问题至关重要。 在计算机程序中,函数调用涉及到(Stack Frame)的创建和销毁。函数调用过程中用于存储函数参数、局部变量以及返回地址等信息的内存区域。具体来说,的结构通常包含以下几个部分: 1. 参数区域:存放函数调用传递给函数的参数值。 2. 返回地址:函数执行完毕后,程序需要返回到的地址,通常是调用函数之后的指令地址。 3. 保存的寄存器:保存调用者上下文中的寄存器值,以便函数返回后能够恢复。 4. 局部变量区域:存放函数内部定义的局部变量。 5. 保存的指针(可选):一些系统会使用指针来引用当前的,方便函数调用和变量访问。 6. 顶指针:指向当前顶部的指针。 函数调用过程中,一般步骤如下: - 参数准备:调用者将参数准备好,按照约定的方式压中。 - 调用指令:执行调用指令(如x86架构的`CALL`指令),该指令将返回地址压,并跳转到被调用函数口地址。 - 建立:被调用函数开始执行后,首先建立自己的,可能包括设置指针和局部变量等。 - 执行函数体:函数体内执行需要的操作,使用上的局部变量进行计算。 - 函数返回:当函数执行完毕准备返回,清理局部变量,恢复之前保存的寄存器状态和顶指针,然后执行返回指令(如`RET`指令)回到调用者。 在CTF竞赛中,理解结构和函数调用机制对于逆向工程、二进制分析和漏洞利用等安全相关挑战尤为关键。
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