函数调用约定和堆栈

野性酷女 2022-04-01 13:28 479阅读 0赞

发表时间：2007-5-23 11:41:00

## 函数调用约定和堆栈 ##

### 1 什么是堆栈 ###

编译器一般使用堆栈实现函数调用。堆栈是存储器的一个区域，嵌入式环境有时需要程序员自己定义一个数组作为堆栈。Windows为每个线程自动维护一个堆栈，堆栈的大小可以设置。编译器使用堆栈来堆放每个函数的参数、局部变量等信息。

函数调用经常是嵌套的，在同一时刻，堆栈中会有多个函数的信息，每个函数占用一个连续的区域。一个函数占用的区域被称作帧（frame）。

编译器从高地址开始使用堆栈。 假设我们定义一个数组a\[1024\]作为堆栈空间，一开始栈顶指针指向a\[1023\]。如果栈里有两个函数a和b，且a调用了b，栈顶指针会指向函数b的 帧。如果函数b返回。栈顶指针就指向函数a的帧。如果在栈里放了太多东西造成溢出，破坏的是a\[0\]上面的东西。

在多线程（任务）环境，CPU的堆栈指针指向的存储器区域就是当前使用的堆栈。切换线程的一个重要工作，就是将堆栈指针设为当前线程的堆栈栈顶地址。

不同CPU，不同编译器的堆栈布局、函数调用方法都可能不同，但堆栈的基本概念是一样的。

### 2 函数调用约定 ###

函数调用约定包括传递参数的顺序，谁负责清理参数占用的堆栈等，例如 ：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>参数传递顺序</td> 
   <td>谁负责清理参数占用的堆栈</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>__pascal</td> 
   <td>从左到右</td> 
   <td>调用者</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>__stdcall</td> 
   <td>从右到左</td> 
   <td>被调函数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>__cdecl </td> 
   <td>从右到左</td> 
   <td>调用者</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

调用函数的代码和被调函数必须采用相同的函数的调用约定，程序才能正常运行。在Windows上，\_\_cdecl是C/C++程序的缺省函数调用约定。

在有的cpu上，编译器会用寄存器传递参数，函数使用的堆栈由被调函数分配和释放。这种调用约定在行为上和\_\_cdecl有一个共同点：实参和形参数目不符不会导致堆栈错误。

不过，即使用寄存器传递参数，编译器在进入函数时，还是会将寄存器里的参数存入堆栈指定位置。参数和局部变量一样应该在堆栈中有一席之地。参数可以被理解为由调用函数指定初值的局部变量。

### 3 例子：\_\_cdecl和\_\_stdcall ###

不同的CPU，不同的编译器，堆栈的布局可能是不同的。本文以x86，VC++的编译器为例。

VC++编译器的已经不再支持\_\_pascal, \_\_fortran, \_\_syscall等函数调用约定。目前只支持\_\_cdecl和\_\_stdcall。

采用\_\_cdecl或\_\_stdcall调用方式的程序，在刚进入子函数时，堆栈内容是一样的。esp指向的栈顶是返回地址。这是被call指令压入堆栈的。下面是参数，左边参数在上，右边参数在下（先入栈）。

如前表所示，\_\_cdecl和\_\_stdcall的区别是：\_\_cdecl是调用者清理参数占用的堆栈，\_\_stdcall是被调函数清理参数占用的堆栈。

由于\_\_stdcall的被调函数在编译时就必须知道传入参数的准确数目（被调函数要清理堆栈），所以不能支持变参数函数，例如printf。而且如果调用者使用了不正确的参数数目，会导致堆栈错误。

通过查看汇编代码，\_\_cdecl函数调用在call语句后会有一个堆栈调整语句，例如：

*  a = 0x1234;  
    b = 0x5678;  
    c = add(a, b);

对应x86汇编：

*  mov dword ptr \[ebp-4\],1234h  
    mov dword ptr \[ebp-8\],5678h  
    mov eax,dword ptr \[ebp-8\]  
    push eax  
    mov ecx,dword ptr \[ebp-4\]  
    push ecx  
    call 0040100a

**add esp,8**  
mov dword ptr \[ebp-0Ch\],eax

\_\_stdcall的函数调用则不需要调整堆栈：

*  call 00401005  
    mov dword ptr \[ebp-0Ch\],eax

函数

*  int \_\_cdecl add(int a, int b)  
    \{  
    return a+b;  
    \}

产生以下汇编代码（Debug版本）：

*  push ebp  
    mov ebp,esp  
    sub esp,40h  
    push ebx  
    push esi  
    push edi  
    lea edi,\[ebp-40h\]  
    mov ecx,10h  
    mov eax,0CCCCCCCCh  
    rep stos dword ptr \[edi\]  
    mov eax,dword ptr \[ebp+8\]  
    add eax,dword ptr \[ebp+0Ch\]  
    pop edi  
    pop esi  
    pop ebx  
    mov esp,ebp  
    pop ebp

**ret // 跳转到esp所指地址,并将esp+4,使esp指向进入函数时的第一个参数**

再查看\_\_stdcall函数的实现，会发现与\_\_cdecl函数只有最后一行不同：

*  ret 8 // 执行ret并清理参数占用的堆栈

对于调试版本，VC++编译器在“直接调用地址”时会增加检查esp的代码，例如：

*  ta = (TAdd)add; // TAdd定义：typedef int (\_\_cdecl \*TAdd)(int a, int b);  
    c = ta(a, b);

产生以下汇编代码：

*  mov \[ebp-10h\],0040100a  
    mov esi,esp  
    mov ecx,dword ptr \[ebp-8\]  
    push ecx  
    mov edx,dword ptr \[ebp-4\]  
    push edx

**call dword ptr \[ebp-10h\]  
add esp,8**  
cmp esi,esp  
**call \_\_chkesp (004011e0)**  
mov dword ptr \[ebp-0Ch\],eax

\_\_chkesp 代码如下。如果esp不等于函数调用前保存的值，就会转到错误处理代码。

*  004011E0 jne \_\_chkesp+3 (004011e3)  
    004011E2 ret  
    004011E3 ;错误处理代码

\_\_chkesp的错误处理会弹出对话框，报告函数调用造成esp值不正确。 Release版本的汇编代码要简洁得多。也不会增加 \_\_chkesp。如果发生esp错误，程序会继续运行，直到“遇到问题需要关闭”。

**4 补充说明**