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函数调用规范
阅读量:4109 次
发布时间:2019-05-25

本文共 4391 字,大约阅读时间需要 14 分钟。

        当高级语言函数被编译成机器码时,有一个问题就必须解决:CPU没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数(即计算机不知道怎么给这个函数传递参数),传递参数的工作必须由函数调用者和函数本身来协调。为此,计算机提供了一种被称为栈的数据结构来支持参数传递。

        函数调用时,调用者依次把参数压栈,然后调用函数,函数被调用以后,在堆栈中取得数据,并进行计算。函数计算结束以后,由调用者(Caller)或者被调用者(Callee,即函数本身)修改堆栈,使堆栈恢复原状。在参数传递中,有三个很重要的问题必须得到明确说明:

     1) 当参数个数多于一个时,按照什么顺序把参数压入堆栈;

     2) 函数调用后,由谁来把堆栈恢复原状;

     3) 函数的返回值放在什么地方。

     在高级语言中,通过函数调用规范(Calling Conventions)来说明这几个问题。常见的调用规范有:stdcall、cdecl、fastcall、thiscall以及naked call。

  • stdcall调用规范

        stdcall很多时候被称为pascal调用规范,因为pascal是早期很常见的一种教学用计算机程序设计语言,其语法严谨,使用的函数调用约定是stdcall。在Microsoft C++系列的C/C++编译器中,常常用PASCAL宏来声明这个调用约定,类似的宏还有WINAPI和CALLBACK。

        stdcall调用规范声明的语法为:

int __stdcall function(int a, int b)
        stdcall的调用约定意味着:

1) 参数从右向左压入堆栈;     2)被调用者清理堆栈;     3) 函数名自动加前导的下划线,后面紧跟一个@符号,其后紧跟着参数的尺寸。
        以上述这个函数为例,参数b首先被压栈,然后是参数a,函数调用function(1,2)调用处翻译成汇编语言将变成:

push 2          // 第二个参数入栈    push 1          // 第一个参数入栈    call function   // 调用参数,注意此时自动把cs:eip入栈
        而对于函数自身,则可以翻译为:

push  ebp               // 保存ebp寄存器,该寄存器将用来保存堆栈的栈顶指针,可以在函数退出时恢复    mov   ebp,esp           // 保存堆栈指针    mov   eax,[ebp + 8H]    // 堆栈中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]   // 堆栈中ebp + 12处保存了b    mov   esp,ebp           // 恢复esp    pop   ebp    ret   8

        而在编译时,这个函数的名字被翻译成_function@8。注意不同编译器会插入自己的汇编代码以提供编译的通用性,但是大体代码如此。其中在函数开始处保留esp到ebp中,在函数结束恢复是编译器常用的方法。

        从函数调用看,2和1依次被push进堆栈,而在函数中又通过相对于ebp(即刚进函数时的堆栈指针)的偏移量存取参数。函数结束后,ret 8表示清理8个字节的堆栈,函数自己恢复了堆栈。

  • cdecl调用规范

        cdecl调用约定又称为C调用约定,是C语言缺省的调用约定,它的定义语法是:

int function (int a, int b)           // 不加修饰就是C调用约定    int __cdecl function(int a, int b)    // 明确指出C调用约定
        cdecl调用约定的参数压栈顺序是和stdcall是一样的,参数首先由有向左压入堆栈。所不同的是,函数本身不清理堆栈,调用者负责清理堆栈。由于这种变化,C调用约定允许函数的参数的个数是不固定的,这也是C语言的一大特色。

        对于前面的function函数,使用cdecl后的调用处汇编码变成:

push   1    push   2    call   function    add    esp,8              // 注意:这里调用者在恢复堆栈

        函数本身编译为:

push   ebp                // 保存ebp寄存器,该寄存器将用来保存堆栈的栈顶指针,可以在函数退出时恢复    mov    ebp,esp            // 保存堆栈指针    mov    eax,[ebp + 8H]     // 堆栈中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]    // 堆栈中ebp + 12处保存了b    mov    esp,ebp            // 恢复esp    pop    ebp    ret                       // 注意,这里没有修改堆栈

        MSDN中说,该修饰自动在函数名前加前导的下划线,因此函数名在符号表中被记录为_function。

        由于参数按照从右向左顺序压栈,因此最开始的参数在最接近栈顶的位置,因此当采用不定个数参数时,第一个参数在栈中的位置肯定能知道,只要不定的参数个数能够根据格式参数确定下来,就可以使用不定参数,例如对于sprintf函数,定义为:

int sprintf(char* buffer,const char* format,...)
        由于所有的不定参数都可以通过format确定,因此使用不定个数的参数是没有问题的。

  • fastcall调用规范

        fastcall调用约定和stdcall类似,它意味着:

1) 函数的第一个和第二个DWORD参数(或者尺寸更小的)通过ecx和edx传递,其他参数通过从右向左的顺序压栈;     2) 被调用函数清理堆栈;     3) 函数名修改规则同stdcall。

       其声明语法为:

int __fastcall function(int a,int b)

  • thiscall调用规范

        thiscall是唯一一个不能明确指明的函数修饰,因为thiscall不是关键字。它是C++类成员函数缺省的调用约定。由于成员函数调用还有一个this指针,因此必须特殊处理,thiscall意味着:

1) 参数从右向左入栈;     2) 如果参数个数确定,this指针通过ecx传递给被调用者;如果参数个数不确定,this指针在所有参数压栈后被压入堆栈;     3) 对参数个数不定的,调用者清理堆栈,否则函数自己清理堆栈。

        为了说明这个调用约定,定义如下类和使用代码:

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函数被翻译为:

// 函数function1调用        push        2    push        1    lea         ecx,[ebp-8]    call        function1             // 注意,这里this没有被入栈    // 函数function2调用    push        3    push        2    push        1    push        3    lea         eax,[ebp-8]      这里引入this指针    push        eax    call        function2    add         esp,14h
        可见,对于参数个数固定情况下,它类似于stdcall,不定时则类似cdecl

  • naked call调用规范

        这是一个很少见的调用约定,一般程序设计者建议不要使用。编译器不会给这种函数增加初始化和清理代码,更特殊的是,不能用return返回返回值,只能用插入汇编返回结果。这一般用于实模式驱动程序设计,假设定义一个求和的加法程序,可以定义为:

__declspec(naked) int add(int a, int b)    {        __asm mov eax,a        __asm add eax,b        __asm ret    }

        注意,这个函数没有显式的return返回值,返回通过修改eax寄存器实现,而且连退出函数的ret指令都必须显式插入。上面代码被翻译成汇编以后变成:

mov    eax,[ebp+8]    add    eax,[ebp+12]    ret    8
        注意这个修饰是和__stdcall及cdecl结合使用的,前面是它和cdecl结合使用的代码,对于和stdcall结合的代码,则变成:
__declspec(naked) int __stdcall function(int a,int b)    {        __asm mov eax,a        __asm add eax,b        __asm ret 8        //注意后面的8    }
        至于这种函数被调用,则和普通的cdecl及stdcall调用函数一致。

  • 函数调用约定导致的常见问题

        如果定义的约定和使用的约定不一致,则将导致堆栈被破坏,导致严重问题,下面是两种常见的问题:

        1) 函数原型声明和函数体定义不一致;

        2) DLL导入函数时声明了不同的函数约定。

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