函数调用本质

文章来源：CoderHong 的博客

从反汇编角度窥探平时开发调用的函数或者方法的本质。平时我们编写的高级语言最终通过编译器、链接生成机CPU执行的机器指令。 不同的CPU对应着不同着机器指令，并且每一条机器指令对应着一条汇编。

先看一个最简单的C语言函数，这里主要通过C++来反编译分析汇编指令。

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可以通过反汇编看到调用func函数的汇编指令，当前环境是8086汇编。

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通过最终的汇编指令可以看出，在执行调用一个函数：本质就是通过call指令调用函数在代码段的地址进行直接调用。

注意：在上面的汇编指令可以看到当函数执行完毕，执行ret汇编指令退出函数。其实一个完整的函数调用必定包含call和ret指令。

那么只有了解了call和ret才能彻底从最根本了解函数的调用过程。

call 标号
1.将下一条指令的偏移地址入栈
2.转到标号出执行指令
ret
将栈顶的值出栈，赋值给IP

下面通过汇编代码调用 printf 函数标号打印 HelloWorld 执行验证上面的结论。

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在即将执行执行 printf 函数之前栈顶指针SP指向内存单元的数据。

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上面说到执行函数前会将下一条指令的偏移地址入栈，上图可以看出的下一条CPU执行的指令偏移地址IP为：000D。开始执行，看下栈顶指针SP的指向和指向内存单元的数据

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函数 printf 执行完毕后，执行 ret 指令，栈顶偏移地址出栈赋值给 IP 中，栈顶指针向上移动两个字节。

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不管什么开发语言最终都会转成二进制汇编指令，对应着相应的汇编指令，本质都是一致的。这里是通过C++反汇编窥探函数调用本质。

上述介绍只是最简单函数调用，一说到函数首先就会想到函数的三要素，函数的返回值、函数的参数、局部变量**。

返回值

如果调用函数想拿到函数返回值，就得有容器来存放返回值，我们可以想到用栈、数据区、寄存器来保存。

首先栈段不可以的，如下图，函数内部push返回值，栈顶存储的是CPU函数执行完毕后的IP的偏移地址。

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可以考虑将返回值放入数据段，这个需要与调用者约好协议，比如约定好将返回值放在ds:[0]

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这样侧面证明了数据段里的数据是全局，全局区的数据是作用域是全局的。上面的实例代码好比下面的C++代码。

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在实际中，大多数平台，windows、linux、Android等通常的做法是将方法返回值放在寄存器ax。其实这样的效率比上面返回值放在全局区效率高，CPU从寄存器中读取数据要快，放在全局区需要从内存先读取到寄存器。

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下面在X86环境下写一段代码看下汇编指令

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参数

同样我们先考虑将参数放入数据段来实现一个求和的函数。

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放在数据段是可以的，在我们概念中形参的作用于是数据函数内部，函数执行完毕形参所占用的内存空间会被回收。这样就很明显了，通常，形参是放在栈中的。

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注意:在函数调用完毕后，一定要保证栈平衡，否者会导致栈的空间会被用完，通常保持栈平衡有两种方式：内平栈和外平栈。

上面的案例是使用了外平栈方式，也就是在函数调用完毕后，对栈顶指针进行回复到函数调用前的位置。

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对于函数的封装性跟人觉的栈内平衡的方式会好一些，让函数调用者不用关心内部细节。函数的形参本质了解后，接下来窥探最后一个函数的局部变量本质，这个相对复杂一些。

局部变量

函数的内部需要定义局部变量，C语言特别简单，那么在汇编中怎么分配内存空间给局部变量呢，局部变量的作用域只是当前函数，函数执行完毕后局部所栈中的空间被回收，因此局部变量空间分配还是通过栈来实现。

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上面开始没有问题，唯一缺陷是在函数内部调用函数时，由于我们没有对bp进行恢复，一旦对函数内部在调用函数就会存存在问题， 因此需要对bp进行记录和恢复。

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函数的调用流程总结

1  push参数，参数入栈
2  将函数的返回地址(下一条指令的地址)入栈
3  保护sp，将sp赋值给bp
4  分配一定的空间给函数的局部变量使用（让sp减去该空间大小），为了安全，用CC填充（int 3h）
5  保护寄存器, 因为在函数执行过程中会修改寄存器的值，所以在修改之前保存一下之前的值，后面再还原
6  具体的业务代码
7  恢复寄存器的值，跟第5步相反
8  将bp赋值给sp，恢复bp
9  返回（ret）