程序的函数调用约定解析

 

函数调用约定解析

 

http://www.allaboutprogram.com/index.php?option=content&task=view&id=29&Itemid=31

[email protected] 2004.11.07整理

文章来源于abp论坛中的一篇帖子:http://bbs.allaboutprogram.com/viewtopic.php?t=1245
（原文章写于2003.12.01，这里补充了函数返回值传递方式的说明）

前言：
文章讲述了几种主要程序语言中的函数调用约定；详细说明时主要以VC6中的函数调用约定为主,阐释方式主要是以C++程序编译后得到的汇编代码来进行说明;

我所使用的编译器和平台：WindowsXP + 赛扬1G + VC6(主要工具)/Delphi6/C++Builder6;

一：函数调用约定;
函数调用约定是函数调用者和被调用的函数体之间关于参数传递、返回值传递、堆栈清除、寄存器使用的一种约定;
它是需要二进制级别兼容的强约定,函数调用者和函数体如果使用不同的调用约定,将可能造成程序执行错误,必须把它看作是函数声明的一部分;

二：常见的函数调用约定;

VC6中的函数调用约定;

调用约定 堆栈清除 参数传递
__cdecl 调用者 从右到左,通过堆栈传递
__stdcall 函数体 从右到左,通过堆栈传递
__fastcall 函数体 从右到左,优先使用寄存器(ECX,EDX),然后使用堆栈
thiscall 函数体 this指针默认通过ECX传递,其它参数从右到左入栈

__cdecl是C/C++的默认调用约定; VC的调用约定中并没有thiscall这个关键字,它是类成员函数默认调用约定;
C/C++中的main(或wmain)函数的调用约定必须是__cdecl,不允许更改;
默认调用约定一般能够通过编译器设置进行更改,如果你的代码依赖于调用约定,请明确指出需要使用的调用约定;

Delphi6中的函数调用约定;

调用约定 堆栈清除 参数传递
register 函数体 从左到右,优先使用寄存器(EAX,EDX,ECX),然后使用堆栈
pascal 函数体 从左到右,通过堆栈传递
cdecl 调用者 从右到左,通过堆栈传递(与C/C++默认调用约定兼容)
stdcall 函数体 从右到左,通过堆栈传递(与VC中的__stdcall兼容)
safecall 函数体 从右到左,通过堆栈传递(同stdcall)

Delphi中的默认调用约定是register,它也是我认为最有效率的一种调用方式,而cdecl是我认为综合效率最差的一种调用方式;
VC中的__fastcall调用约定一般比register效率稍差一些;

C++Builder6中的函数调用约定;

调用约定 堆栈清除 参数传递
__fastcall 函数体 从左到右,优先使用寄存器(EAX,EDX,ECX),然后使用堆栈 (兼容Delphi的register)
(register与__fastcall等同)
__pascal 函数体 从左到右,通过堆栈传递
__cdecl 调用者 从右到左,通过堆栈传递(与C/C++默认调用约定兼容)
__stdcall 函数体 从右到左,通过堆栈传递(与VC中的__stdcall兼容)
__msfastcall 函数体 从右到左,优先使用寄存器(ECX,EDX),然后使用堆栈(兼容VC的__fastcall)

 

常见的函数调用约定中,只有cdecl约定需要调用者来清除堆栈;
C/C++中的函数支持参数数目不定的参数列表,比如printf函数;由于函数体不知道调用者在堆栈中压入了多少参数,
所以函数体不能方便的知道应该怎样清除堆栈,那么最好的办法就是把清除堆栈的责任交给调用者;
这应该就是cdecl调用约定存在的原因吧;

VB一般使用的是stdcall调用约定;(ps：有更强的保证吗)
Windows的API中,一般使用的是stdcall约定;(ps: 有更强的保证吗)
建议在不同语言间的调用中(如DLL)最好采用stdcall调用约定,因为它在语言间兼容性支持最好;

三:函数返回值传递方式
其实，返回值的传递从处理上也可以想象为函数调用的一个out形参数； 函数返回值传递方式也是函数调用约定的一部分；
有返回值的函数返回时：一般int、指针等32bit数据值(包括32bit结构)通过eax传递，(bool,char通过al传递，short通过ax传递),特别的__int64等64bit结构(struct) 通过edx,eax两个寄存器来传递(同理：32bit整形在16bit环境中通过dx,ax传递); 其他大小的结构(struct)返回时把其地址通过eax返回；(所以返回值类型不是1,2,4,8byte时，效率可能比较差)
参数和返回值传递中，引用方式的类型可以看作与传递指针方式相同；
float/double(包括Delphi中的extended)都是通过浮点寄存器st(0)返回；

四：通过VC中的C++例子和产生出的汇编清单来对函数调用约定进行说明;

(ps:后面虽然列出了很多汇编,但是我做了很详细的注释,我希望那些对汇编感到“恐惧”的人
也能顺利的阅读; 并为那些想在VC中使用汇编的人提供一些帮助

A:
测试代码：

int x;
int __cdecl add(int a,int b) { return a+b; }//使用__cdecl调用约定
int main(int argc, char* argv[])
{
x=add(1,2);
return 0;
}

 

; Debug模式编译后得到的汇编代码

PUBLIC ?x@@3HA ; x
_BSS SEGMENT
?x@@3HA DD 01H DUP (?) ; x变量
_BSS ENDS
PUBLIC ?add@@YAHHH@Z ; add
PUBLIC _main
EXTRN __chkesp:NEAR
; COMDAT _main
_TEXT SEGMENT

_main PROC NEAR ; COMDAT //main函数体

push ebp ; //保存ebp的值到堆栈,退出函数前用pop ebp恢复
mov ebp, esp ; //ebp指向当前堆栈; 函数中可以通过ebp来进行堆栈访问
sub esp, 64 ; //在堆栈中开辟64byte局部空间

; //说明：这三条汇编指令是很多函数体开始的惯用法;
; //用ebp指向堆栈(不会改变);并通过ebp来访问参数和局部变量;

push ebx ; //一般按照函数间调用的约定,函数中可以自由使用eax,ecx,edx;
push esi ; //其它寄存器如果需要使用则需要保存,用完时恢复；也就是寄存器的使用约定； 这也使函数调用约定的一部分；
push edi ; //即:在函数中调用了别的函数后,eax,ecx,edx很可能已经改变,
; //而其它寄存器(ebx,esi,edi,ebp)的值可以放心继续使用(esp除外)

lea edi, DWORD PTR [ebp-64]
mov ecx, 16 ; 00000010H
mov eax, -858993460 ; ccccccccH
rep stosd ; //前面开辟的(16*4)byte局部空间全部填充0xCC
; //注意: 0xCC是调试中断(__asm int 3)的指令码,所以可以想象,当
; //程序错误的跳转到这个区域进行执行时将产生调试中断

push 2 ; //代码: x=add(1,2);
push 1 ; //从右到左入栈 (__cdecl调用约定!!!)
call ?add@@YAHHH@Z ; 调用add函数;call指令将把下一条指令的地址(返回地址)压入堆栈
add esp, 8 ; add函数调用完以后,调用者负责清理堆栈 (__cdecl调用约定!!!)
; 两个int型参数共使用了8byte空间的堆栈
mov DWORD PTR ?x@@3HA, eax ; 将add函数的返回值存入x变量中,可以看出add函数的返回值放在eax中

xor eax, eax ; //原代码:return 0; 执行eax清零,main函数的返回值0放在eax中

pop edi
pop esi
pop ebx ; //恢复edi,esi,ebx寄存器
add esp, 64 ; //恢复64byte局部空间
cmp ebp, esp
call __chkesp ; //到这里时应该ebp==esp, Debug版进行确认,如果不等,抛出异常等
mov esp, ebp
pop ebp ; //恢复ebp寄存器
ret 0
_main ENDP
_TEXT ENDS

;//下面是add函数的代码,就不用解释的像上面那么详细了

; COMDAT ?add@@YAHHH@Z
_TEXT SEGMENT
_a$ = 8 ;//参数a相对于堆栈偏移8
_b$ = 12 ;//参数b相对于堆栈偏移12

?add@@YAHHH@Z PROC NEAR ; add, COMDAT //add函数体

push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 64 ; 00000040H
push ebx
push esi
push edi
lea edi, DWORD PTR [ebp-64]
mov ecx, 16 ; 00000010H
mov eax, -858993460 ; ccccccccH
rep stosd

mov eax, DWORD PTR _a$[ebp] ;将参数a的值移动到eax
add eax, DWORD PTR _b$[ebp] ;将参数b的值累加到eax; 可以看出返回值通过eax返回

pop edi
pop esi
pop ebx
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0 ; 函数体不管堆栈的参数清理 (__cdecl调用约定!!!)
; ret指令将取出call指令压入的返回地址,并跳转过去继续执行

?add@@YAHHH@Z ENDP ; add
_TEXT ENDS
END

; 再来看一下Release模式编译后得到的汇编代码
; 可以看出,这比Debug模式少了很多的汇编指令,速度当然可能更快了;不再做详细说明了,请对照上面的解释

PUBLIC ?x@@3HA ; x
_BSS SEGMENT
?x@@3HA DD 01H DUP (?) ; x
_BSS ENDS
PUBLIC ?add@@YAHHH@Z ; add
PUBLIC _main
; COMDAT _main
_TEXT SEGMENT

_main PROC NEAR ; COMDAT //main函数体

push 2
push 1 ; //从右到左入栈 (__cdecl调用约定!!!)
call ?add@@YAHHH@Z ; //调用add函数;
mov DWORD PTR ?x@@3HA, eax ; x
add esp, 8 ; //调用者负责清理堆栈 (__cdecl调用约定!!!)

xor eax, eax
ret 0
_main ENDP
_TEXT ENDS

; COMDAT ?add@@YAHHH@Z
_TEXT SEGMENT
_a$ = 8
_b$ = 12

?add@@YAHHH@Z PROC NEAR ; add, COMDAT //add函数体

mov eax, DWORD PTR _b$[esp-4] ;将参数b的值移动到eax
mov ecx, DWORD PTR _a$[esp-4] ;将参数a的值移动到ecx
add eax, ecx ;将ecx的值累加到eax; 返回值通过eax传递
ret 0 ;函数体不管堆栈的参数清理 (__cdecl调用约定!!!)
?add@@YAHHH@Z ENDP ; add
_TEXT ENDS
END

 

下面的分析中将只给出Release模式编译后的汇编代码

B:
声明add函数为__stdcall调用约定

int x;
int __stdcall add(int a,int b) { return a+b; }
int main(int argc, char* argv[])
{
x=add(1,2);
return 0;
}

;来看产生的汇编代码：

 

; //main函数体
push 2
push 1 ; //从右到左入栈
call ?add@@YGHHH@Z ; add
mov DWORD PTR ?x@@3HA, eax ; x
xor eax, eax
ret 0

; //add函数体
mov eax, DWORD PTR _b$[esp-4]
mov ecx, DWORD PTR _a$[esp-4]
add eax, ecx
ret 8 ; //函数体负责清栈 ;两个int型参数共使用了8byte空间的堆栈

C:
声明add函数为__fastcall调用约定

int x;
int __fastcall add(int a,int b) { return a+b; }
int main(int argc, char* argv[])
{
x=add(1,2);
return 0;
}

;来看产生的汇编代码：

; //main函数体
mov edx, 2 ; b通过寄存器edx传递
mov ecx, 1 ; a通过寄存器ecx传递
call ?add@@YIHHH@Z ; add
mov DWORD PTR ?x@@3HA, eax ; x
xor eax, eax
ret 0

; //add函数体
lea eax, DWORD PTR [ecx+edx] ; //a,b参数值已经在ecx,edx中,该句将这两个值的和放到eax作为返回值;
ret 0 ; //这里应该函数体负责清栈 ;但因为两个参数已经通过寄存器传递
; //了,没有使用堆栈,所以ret 0;

D:
来看一下类的成员函数的调用：

struct T
{
int start0;
T():start0(1){}
int add(int a,int b); //类成员函数;只要不明确声明调用约定则默认使用thiscall调用约定;
};
int T::add(int a,int b) { return (*this).start0+a+b; }

int x;
int main(int argc, char* argv[])
{
T t;
x=t.add(1,2);
return 0;
}

来看产生的汇编代码：

; //main函数体
push ecx ; //保存ecx
push 2
push 1 ; //参数从右到左入栈
lea ecx, DWORD PTR _t$[esp+12] ; //t的地址保存到ecx
mov DWORD PTR _t$[esp+12], 1 ; //执行t::start0=1;
call ?add@T@@QAEHHH@Z ; //调用T::add函数,这时ecx中存放了t的的地址(this指针);
mov DWORD PTR ?x@@3HA, eax ; x
xor eax, eax
pop ecx
ret 0

; //T::add函数体
mov eax, DWORD PTR [ecx] ; //通过this指针(保存在ecx)将start0的值移动到eax
mov ecx, DWORD PTR _a$[esp-4] ; //把a的值移动到ecx; this的值将丢失,但函数体中已经不需要了
add eax, ecx ; //将a的值累加到eax
mov ecx, DWORD PTR _b$[esp-4] ; //把b的值移动到ecx;
add eax, ecx ; //将b的值累加到eax
ret 8 ; //函数体负责清栈 ;

五: 其他

1.在VC中实现一个函数体时可以使用__declspec(naked)声明,它告诉编译器,不要为函数体自动产生开始和结束码;
2.在VC6中,想得到汇编代码清单,设置方法为：

引用:[Project]->[Setting...]->[C++]->[Category:]->[Listing Files]->[Listing file type:]->[Assembily ,...]

3.VC6中嵌入汇编代码的方式为：

__asm { <汇编语句s> }
或 __asm <一条汇编语句>

4.VC6中重新设定函数使用的默认调用约定的方法是：
引用:
在[Project]->[Setting...]->[C++]->[Project Options:]中增加编译设置
比如：/Gd 代表__cdecl; /Gr 代表__fastcall; /Gz 代表__stdcall

 

参考资料：
MSDN:Calling Conventions;
Delphi6/C++Builder6帮助;
请用www.google.com和www.baidu.com搜索“调用约定”或“Calling Conventions”;