C语言在ARM中函数调用时，栈是如何变化的？(转)

做系统分析的话你肯定遇到过一些crash, oops等棘手问题，一般大家都会用 gdb, objdump 或者 addr2line等工具分析 pc 位置来定位出错的地方。但是这些分析工具背后的本质原理就不见得理解深刻了，而且有的时候面对一系列 backtrace 或者 stack 日志处于懵逼的状态。

今天和大家一起看下面对 crash 日志的时候，如何利用 stack 来分析其变化的来龙去脉。

Arm指令集介绍

崇尚简单粗暴的介绍方式，我们直接来看各个寄存器的大体用法，详细用法可百度，不，谷歌。

1.    r0-r3 用作传入函数参数，传出函数返回值。在子程序调用之间，可以将 r0-r3 用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r0-r3。---如果调用函数需要再次使用 r0-r3 的内容，则它必须保留这些内容。

2.    r4-r11 被用来存放函数的局部变量。如果被调用函数使用了这些寄存器，它在返回之前必须恢复这些寄存器的值。r11 是栈帧指针 fp。

3.    r12 是内部调用暂时寄存器 ip。它在过程链接胶合代码（例如，交互操作胶合代码）中用于此角色。在过程调用之间，可以将它用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r12。

4.    寄存器 r13 是栈指针 sp。它不能用于任何其它用途。sp 中存放的值在退出被调用函数时必须与进入时的值相同。

5.    寄存器 r14 是链接寄存器 lr。如果您保存了返回地址，则可以在调用之间将 r14 用于其它用途，程序返回时要恢复

6.    寄存器 r15 是程序计数器 pc。它不能用于任何其它用途。

演示代码

假如现在你已经掌握了 arm 指令的用法，即便没有掌握也没关系，“书到用时回头翻”。这里以一段简单的 c 语言为例：

#include 
 
 
int m = 8;
int fun(int a,int b)
{
    int c = 0;
    c = a + b;
    return c;
}
int main()
{
    int i = 4;
    int j = 5;
    m = fun(i, j);
    return 0;
}

编译一下，然后反汇编：

$ arm-linux-gnueabi-gcc main.c -o main 

$ arm-linux-gnueabi-objdump -D -D main

00010400 :
   10400:       e52db004        push    {fp}            ; (str fp, [sp, #-4]!)
   10404:       e28db000        add     fp, sp, #0
   10408:       e24dd014        sub     sp, sp, #20
   1040c:       e50b0010        str     r0, [fp, #-16]
   10410:       e50b1014        str     r1, [fp, #-20]  ; 0xffffffec
   10414:       e3a03000        mov     r3, #0
   10418:       e50b3008        str     r3, [fp, #-8]
   1041c:       e51b2010        ldr     r2, [fp, #-16]
   10420:       e51b3014        ldr     r3, [fp, #-20]  ; 0xffffffec
   10424:       e0823003        add     r3, r2, r3
   10428:       e50b3008        str     r3, [fp, #-8]
   1042c:       e51b3008        ldr     r3, [fp, #-8]
   10430:       e1a00003        mov     r0, r3
   10434:       e24bd000        sub     sp, fp, #0
   10438:       e49db004        pop     {fp}            ; (ldr fp, [sp], #4)
   1043c:       e12fff1e        bx      lr
 
 
00010440 
:
   10440:       e92d4800        push    {fp, lr}
   10444:       e28db004        add     fp, sp, #4
   10448:       e24dd008        sub     sp, sp, #8
   1044c:       e3a03004        mov     r3, #4
   10450:       e50b300c        str     r3, [fp, #-12]
   10454:       e3a03005        mov     r3, #5
   10458:       e50b3008        str     r3, [fp, #-8]
   1045c:       e51b1008        ldr     r1, [fp, #-8]
   10460:       e51b000c        ldr     r0, [fp, #-12]
   10464:       ebffffe5        bl      10400 
   10468:       e1a02000        mov     r2, r0
   1046c:       e59f3010        ldr     r3, [pc, #16]   ; 10484 
   10470:       e5832000        str     r2, [r3]
   10474:       e3a03000        mov     r3, #0
   10478:       e1a00003        mov     r0, r3
   1047c:       e24bd004        sub     sp, fp, #4
   10480:       e8bd8800        pop     {fp, pc}
   10484:       00021024        andeq   r1, r2, r4, lsr #32

 

图解栈的变化过程

如何能让读者接受吸收的更快，我一直觉得按照学习效率来讲的话顺序应该是视频，图文，文字。反正我是比较喜欢视频类的教学。这里给大家画下栈变化的过程是什么样子的。这里的图是结合上面的代码来画的，希望有助于读者的理解。

1.程序在内存分布区域

2.全局变量m赋值

3.保存进入main之前的栈底, fp-sp之间是当前函数栈

4.函数main的栈已经准备好了

5.i入栈

6.j入栈

7.准备函数fun的调用, 形参反向入栈 先形参b入栈

8.形参a入栈

9.留空一个地址作为fun返回值, 待后面返回时填入

10.fun返回地址入栈, 通常是main函数当前pc指针的下一个

11.main函数的栈底地址入栈

12.pc指针跳转fun代码

13.c入栈

14.可以看到函数fun的数据 形参a,b 在上一层函数的栈中. 一部分在自己的栈上. 此步取值到加法器中进行加法运算,再赋值给c

15.c赋给返回值,填入上面的留空位置

16.栈底恢复上一层

17.lr赋值给pc, 实现了跳转

18.返回值赋值给全局变量m

19.前面函数调用的形参已经无用,回滚sp

20.函数返回,清理main的栈空间

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