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讨论 cdecl 的函数调用问题

Posted on 2007-03-12 14:03 kwer 阅读(708) 评论(0)  编辑 收藏 引用

预备知识:
ESP    栈指针寄存器
EBP    暂存ESP寄存器
CALL  相当于 push eip; 
                  jmp _func;

在C语言中,假设我们有这样的一个加法函数:
int function(int a,int b)

调用时只要用result = function(1,2)这样的方式就可以使用这个函数。
但是,当高级语言被编译成计算机可以识别的机器码时,有一个问题就凸现出来:
在CPU中,计算机没办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数,也没有硬件可以保存这些参数。
也就是说,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。

是一种先进后出的数据结构,栈有一个地址由高向下发展的存储区、一个栈顶指针esp。栈顶指针指向
堆栈中第一个可用的数据项(被称为栈顶)。用户可以在栈顶上方向栈中加入数据,这个操作被称为压栈
(Push),压栈以后,栈顶自动变成新加入数据项的位置,栈顶指针也随之减小。用户也可以从堆栈中取走
栈顶,称为弹出栈(pop),弹出栈后,栈顶下的一个元素变成栈顶,栈顶指针随之增大。

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,或者调用者、或者函数本身修改堆栈,使堆栈恢复原状。

在参数传递中,有两个很重要的问题必须得到明确说明:
当参数个数多于一个时,按照什么顺序把参数压入堆栈函数调用后,由谁来把堆栈恢复原状,在高级语言
中,通过函数调用约定来说明这两个问题。常见的调用约定有:
stdcall
cdecl
fastcall
thiscall
naked call
                  参数传递顺序      谁负责清理参数占用的堆栈 
__pascal      从左到右             调用者 
__stdcall      从右到左             被调函数自身 
__cdecl       从右到左              调用者 
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。

stdcall调用约定
stdcall很多时候被称为pascal调用约定,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就是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调用约定声明的语法为(以前文的那个函数为例):
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)函数自身修改堆栈 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             保存栈指针
mov eax,[ebp + 8H]   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进栈,而在函数中又通过相对于ebp(即刚进函数时的栈指针)的偏移量存
取参数。函数结束后,ret 8表示清理8个字节的栈,函数自己恢复了栈。

cdecl调用约定
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

在写本文时,出乎我的意料,发现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,函数本身不清理栈,调用者负责清理栈。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后的汇编码变成:
调用处
push 2
push 1
call _function
add esp,8           注意:这里是调用者在恢复栈
在被调用函数_function处
push ebp                 保存ebp寄存器,该寄存器将用来保存栈的栈顶指针,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,但是我
在编译时似乎没有看到这种变化。

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第一个后者后续的明确的参数确定下
来,就可以使用不定参数,例如对于CRT中的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
fastcall调用约定和stdcall类似,它意味着:

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
被调用函数清理堆栈
函数名修改规则同stdcall
其声明语法为:int fastcall function(int a,int b)

thiscall
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:
参数从右向左入栈
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。
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函数被翻译成汇编后就变成:
//函数function1调用
0401C1D  push 2
00401C1F push 1
00401C21 lea ecx,[ebp-8]
00401C24 call function1 注意,这里this没有被入栈
//函数function2调用
00401C29 push 3
00401C2B push 2
00401C2D push 1
00401C2F push 3
00401C31 lea eax,[ebp-8] 这里引入this指针
00401C34 push eax
00401C35 call function2
00401C3A 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
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,你不能用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:

函数原型声明和函数体定义不一致
DLL导入函数时声明了不同的函数约定
以后者为例,假设我们在dll种声明了一种函数为:

__declspec(dllexport) int func(int a,int b);//注意,这里没有stdcall,使用的是cdecl
使用时代码为:
typedef int (*WINAPI DLLFUNC)func(int a,int b);
hLib = LoadLibrary(...);
DLLFUNC func = (DLLFUNC)GetProcAddress(...)//这里修改了调用约定
result = func(1,2);//导致错误

由于调用者没有理解WINAPI的含义错误的增加了这个修饰,上述代码必然导致堆栈被破坏,MFC在编译
时插入的checkesp函数将告诉你,堆栈被破坏了。
 
以delphi调用VC函数为例,delphi的函数缺省采用__pascal约定,VC的函数缺省采用__cdecl约定。
我们一般将VC的函数设为__stdcall,例如:
int __stdcall add(int a, int b);
在delphi中将这个函数也声明为__stdcall,就可以调用了:
function add(a: Integer; b: Integer): integer; stdcall; external 'a.dll';
因为考虑到可能被其它语言的程序调用,不少API采用__stdcall的调用约定。

引用:http://www.cnblogs.com/Dah/archive/2006/11/29/576867.html


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