C程序汇编运行模式简析

SJTUBEAR 原创作品转载请注明出处 /《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

1. 汇编

在修习LINUX内核这门课的初始阶段，首先需要掌握的就是汇编以及汇编程序对于堆栈的操作。

下面我们就来分析一下一个简单地C程序是如何被汇编程序所表达的！

2. 得到汇编代码

首先，我们写一个简单地C程序，命名为exp1.c:

 #include <stdio.h>

 int g(int x)
 {
     return x+;
 }

 int f(x)
 {
     return g(x);
 }

 int main()
 {
     return f()+;
 }

程序非常的简单，我们此时再通过编译指令将其编译为汇编程序：

 gcc –S –o main.s main.c -m32

这样我们就得到了这个简单C程序的汇编代码：

     .file    "exp1.c"
     .text
     .globl    g
     .type    g, @function
 g:
 .LFB0:
     .cfi_startproc
     pushl    %ebp
     .cfi_def_cfa_offset
     .cfi_offset , -
     movl    %esp, %ebp
     .cfi_def_cfa_register
     movl    (%ebp), %eax
     addl    $, %eax
     popl    %ebp
     .cfi_def_cfa ,
     .cfi_restore
     ret
     .cfi_endproc
 .LFE0:
     .size    g, .-g
     .globl    f
     .type    f, @function
 f:
 .LFB1:
     .cfi_startproc
     pushl    %ebp
     .cfi_def_cfa_offset
     .cfi_offset , -
     movl    %esp, %ebp
     .cfi_def_cfa_register
     subl    $, %esp
     movl    (%ebp), %eax
     movl    %eax, (%esp)
     call    g
     leave
     .cfi_restore
     .cfi_def_cfa ,
     ret
     .cfi_endproc
 .LFE1:
     .size    f, .-f
     .globl    main
     .type    main, @function
 main:
 .LFB2:
     .cfi_startproc
     pushl    %ebp
     .cfi_def_cfa_offset
     .cfi_offset , -
     movl    %esp, %ebp
     .cfi_def_cfa_register
     subl    $, %esp
     movl    $, (%esp)
     call    f
     addl    $, %eax
     leave
     .cfi_restore
     .cfi_def_cfa ,
     ret
     .cfi_endproc
 .LFE2:
     .size    main, .-main
     .ident    "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3"
     .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

3.汇编代码分析

汇编出的代码，多了很多辅助信息，为了能够更好地看清主干，我们删减一下：

 g:
     pushl    %ebp            //保存现场，将父函数的栈底寄存器存入当前程序栈中
     movl    %esp, %ebp      //构建当前函数堆栈
     movl    (%ebp), %eax   //从父函数堆栈中取得参数，存入ax寄存器
     addl    $, %eax        //完成+3操作
     popl    %ebp            //恢复原父函数堆栈
     ret                     //pop出原EIP地址，恢复执行
 f:
     pushl    %ebp            //保存现场，将父函数的栈底寄存器存入当前程序栈中
     movl    %esp, %ebp      //构建当前函数堆栈
     subl    $, %esp        //栈顶加一，用以储存变量传递给g函数
     movl    (%ebp), %eax   //取得参数
     movl    %eax, (%esp)    //将参数传入变量位置
     call    g               //调用g
     leave                   //清楚局部变量空间
     ret                     //返回
 main:
     pushl    %ebp
     movl    %esp, %ebp
     subl    $, %esp        //空出局部变量空间
     movl    $, (%esp)      //为变量赋值
     call    f               //调用f
     addl    $, %eax        //完成+1操作
     leave                   //清理局部变量
     ret                     //返回

我们对f函数进行详细的分析：

1. 首先进行enter指令：

此时，ebp当前所指向的位置存入栈顶，并且将ebp重定向指向esp：

2.栈顶加一并存入变量值：

3.调用g

4.从g返回后，返回值储存在AX寄存器中，不用操作，调用leave，清理变量

5.最后ret，同时EIP被读出恢复到原位置继续执行，返回值在AX中传递给调用函数

3.个人的一点感悟：

程序的调用就是这样嵌套的执行下去，每个函数都有自己的堆栈用以储存当前变量以及环境值，并通过将父函数的EBP放入栈底用以恢复环境。

同时EIP存入父栈栈顶，便于恢复到原节点处继续执行。

这样，就可以有规律的一直嵌套下去。

如果使用递归函数，就是一个码堆栈的过程，知道最顶部的堆栈返回，函数就像多米诺骨牌一样收回所有的堆栈。

这也是递归函数占用空间比较多的原因之一。如果没有很好地退出机制，有可能内存溢出。