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    首页 » C/C++ »C程序运行时内存结构分析

    C程序运行时内存结构分析

    2015-03-05 00:00:00 出处:不只是程序员
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    实验知识

    静态变量存储在静态存储区,局部变量存储在动态存储区(栈),代码存放在代码区 寄存器,EBP指向栈底,ESP指向栈顶,EIP指向正在执行指令的下一条指令,三个寄存器中保存的都是地址,32位系统,地址为4个字节即dword 所有写在函数定义里面的语句都编译成指令(驱动CPU)

    实验代码

    #include <stdio.h>
    int fun(int a, int b);
    int m = 10;
    int main()
    {
        int i = 4;
        int j = 5;
        m = fun(i, j);
    }
    int fun(int a, int b)
    {
        int c = 0;
        c = a + b;
        return c;
    }

    这段代码包含两个函数,因此可以测试函数调用,此外还包含了静态变量、局部变量、返回值等

    实验测试

    测试工具:VC6.0

    源代码及对应的汇编如下

    寄存器及内存状态如下

    EBP栈顶初始值为0018FF84h,ESP初始为0018FF48h

    ESP和EBP在栈中的作用

    在每个函数最开始的地方有两条语句

    push ebp
    mov  ebp,esp

    在函数返回前也有两条语句

    mov esp,ebp
    pop ebp

    每运行一个函数就新开一段栈空间,所谓的开栈空间就是移动ebp栈底,在移动ebp之前,通过push ebp保存上一级函数的栈底,然后用ebp指向现在函数栈的栈顶,即为当前函数开辟了栈;接着给局部变量进行地址分配以及保存现场等,esp不断向低地址移动,当函数调用结束时,esp指回当前函数的栈顶(mov esp,ebp),然后上一级函数的栈顶地址出栈保存在ebp中(pop ebp)。因此,每一个函数的栈顶上面都保存着上一级函数的栈顶地址,用于当前函数结束时能够返回上一级函数的栈,通过ebp和esp以及压栈出栈操作对栈进行维护。

    逐条分析

    main函数对应的汇编代码如下

    7:    int main()
    8:    {
    00401020   push        ebp                        // ebp初始为0018FF84h压栈,压栈后esp = 0018FF48h - 4 = 0018FF44h
    00401021   mov         ebp,esp                    // ebp保存栈顶0,ebp=esp=0018FF44h
    00401023   sub         esp,48h                    // esp -= 48h开辟了一段栈空间,留待后面保存局部变量,此时esp=0018FF44h-48h=0018FEFCh
    00401026   push        ebx                        
    00401027   push        esi
    00401028   push        edi                        // ebx、esi和edi压栈,esp = 0018FEFCh - 4*3 = 0018FEF0h
    00401029   lea         edi,[ebp-48h]              // lea指令将ebp-48h作为偏移地址保存在edi中,edi=0018FEFCh,即栈中ebx的上面
    0040102C   mov         ecx,12h                    
    00401031   mov         eax,0CCCCCCCCh
    00401036   rep stos    dword ptr [edi]            // 将eax重复保存在以edi开始的栈空间里,重复次数为ecx次,向高地址方向,共覆盖12h*4=48h个地址,即栈中保存ebx的地址以上到ebp指向的地址这一段全部填充为cch
    9:        int i = 4;
    00401038   mov         dword ptr [ebp-4],4        // 保存变量i
    10:       int j = 5;
    0040103F   mov         dword ptr [ebp-8],5        // 保存变量j
    11:       m = fun(i, j);
    00401046   mov         eax,dword ptr [ebp-8]      // 将j保存在eax中
    00401049   push        eax                        // eax压栈, esp=0018FEF0h-4=0018FEECh
    0040104A   mov         ecx,dword ptr [ebp-4]      // 将i保存在ecx中
    0040104D   push        ecx                        // ecx压栈,esp=0018FEECh-4=0018FEE8h
    0040104E   call        @ILT+0(_fun) (00401005)    // 以上实际上是为形参分配内存,顺序从右到左,此步进行函数跳转
    00401053   add         esp,8                      // 形参的地址回收,esp=0018FEE8h+8=0018FEF0h
    00401056   mov         [_m (00424a30)],eax        // 返回值存放在静态变量m中
    12:       return 0;
    0040105B   xor         eax,eax                    // 返回值置为0
    13:   }
    0040105D   pop         edi
    0040105E   pop         esi
    0040105F   pop         ebx
    00401060   add         esp,48h
    00401063   cmp         ebp,esp
    00401065   call        __chkesp (004010d0)
    0040106A   mov         esp,ebp
    0040106C   pop         ebp
    0040106D   ret

    fun函数的汇编代码理解

    15:   int fun(int a, int b)
    16:   {
    00401090   push        ebp
    00401091   mov         ebp,esp
    00401093   sub         esp,44h
    00401096   push        ebx
    00401097   push        esi
    00401098   push        edi
    00401099   lea         edi,[ebp-44h]
    0040109C   mov         ecx,11h
    004010A1   mov         eax,0CCCCCCCCh
    004010A6   rep stos    dword ptr [edi]            // 以上理解同main函数,ebp压栈时保存的地址是0018FF44h,即main函数栈开始开始的地方,然后ebp指向当前函数栈开始的地方
    17:       int c = 0;
    004010A8   mov         dword ptr [ebp-4],0        // 为c分配地址,并赋值
    18:       c = a + b;
    004010AF   mov         eax,dword ptr [ebp+8]      // 获得第一个参数
    004010B2   add         eax,dword ptr [ebp+0Ch]    // 与第二个参数求和
    004010B5   mov         dword ptr [ebp-4],eax      // 结果保存在c中
    19:       return c;
    004010B8   mov         eax,dword ptr [ebp-4]      // 返回值存放在eax
    20:   }
    004010BB   pop         edi                        // 现场恢复
    004010BC   pop         esi
    004010BD   pop         ebx
    004010BE   mov         esp,ebp                    // 当前函数栈空间回收,以后可重新分配,esp=0018FEE8h
    004010C0   pop         ebp                        // ebp恢复为0018FF44h
    004010C1   ret                                    // 返回,等待执行函数调用的下一条指令

    调用fun函数时的内存情况

    局部变量i和j保存在48h空间的开始位置(高地址),即栈底附近,如下图

    在调用fun函数之前,将形参从右至左依次压栈,如下图

    call fun函数时执行跳转

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