ARM汇编【5】：STACK AND FUNCTIONS

       在这一部分中，我们将研究称为堆栈的进程的一个特殊内存区域。本章介绍了Stack的用途和相关操作。此外，我们还将介绍ARM中函数的实现、类型和差异。

STACK      

    一般来说，堆栈是程序/进程中的一个内存区域。这部分内存是在创建进程时分配的。我们使用Stack存储临时数据，如某些函数的局部变量、帮助我们在函数之间转换的环境变量等。我们使用PUSH和POP指令与堆栈交互。正如第4部分：内存指令中所解释的：加载和存储PUSH和POP是其他一些与内存相关的指令的别名，而不是真正的指令，但出于简单的原因，我们使用PUSH和POP。

    在我们研究一个实际的例子之前，我们必须知道Stack可以用各种方式实现。首先，当我们说Stack增长时，我们的意思是一个项目（32位数据）被放在Stack上。堆栈可以向上（当堆栈以降序实现时）或向下（当堆栈按升序实现时）增长。下一条（32位）信息将被放入的实际位置由堆栈指针定义，或者准确地说，由存储在SP寄存器中的存储器地址定义。在这里，地址可以再次指向堆栈中的当前（最后）项或该项的下一个可用内存插槽。如果SP当前指向堆栈中的最后一个项目（全堆栈实现），则SP将减少（如果是降序堆栈）或增加（如果是升序堆栈），然后该项目才会放在堆栈中。如果SP当前指向堆栈中的下一个空插槽，则会先放置数据，然后SP才会减少（降序堆栈）或增加（升序堆栈）。

 作为不同Stack实现的总结，我们可以使用下表，该表描述了在不同情况下使用的存储多条/加载多条指令。

 在我们的示例中，我们将使用全降序堆栈。让我们快速了解一个简单的练习，它处理这样一个堆栈，它就是堆栈指针。

/* azeria@labs:~$ as stack.s -o stack.o && gcc stack.o -o stack && gdb stack */
.global main

main:
     mov   r0, #2  /* set up r0 */
     push  {r0}    /* save r0 onto the stack */
     mov   r0, #3  /* overwrite r0 */
     pop   {r0}    /* restore r0 to it's initial state */
     bx    lr      /* finish the program */

  一开始，堆栈指针指向地址0xbefff6f8（在您的情况下可能不同），它表示堆栈中的最后一项。此时，我们看到它存储了一些值（同样，在您的情况下，值可能不同）：

gef> x/1x $sp
0xbefff6f8: 0xb6fc7000

     在执行第一条（MOV）指令后，堆栈方面没有任何变化。当我们执行PUSH指令时，会发生以下情况：首先，SP的值减少4（4字节=32位）。然后，R0的内容被存储到SP指定的新地址。当我们现在检查SP引用的更新的内存位置时，我们看到整数2的32位值存储在该位置：

gef> x/x $sp
0xbefff6f4: 0x00000002

   我们示例中的指令（MOV r0，#3）用于模拟r0的损坏。然后，我们使用POP来恢复以前保存的R0值。因此，当POP被执行时，会发生以下情况：首先，从SP中地址当前指向的存储位置（0xbefff6f4）读取32位数据。然后，SP寄存器的值增加4（再次变为0xbefff6 f8）。作为结果，寄存器R0包含整数值2。

gef> info registers r0
r0       0x2          2

    （请注意，下面的gif显示的堆栈顶部有较低的地址，底部有较高的地址，而不是像第一幅不同堆栈变体的插图中那样相反。这样做的原因是让它看起来像你在GDB中看到的堆栈视图）

 

 

     我们将看到函数利用Stack来保存局部变量、保留寄存器状态等。为了保持一切有序，函数使用Stack Frames，这是堆栈中专用于特定函数的本地化内存部分。在函数的序言中创建了一个堆栈框架（下一节将对此进行详细介绍）。帧指针（FP）被设置到堆栈帧的底部，然后为堆栈帧分配堆栈缓冲区。堆栈帧（从底部开始）通常包含返回地址（前一个LR）、前一个帧指针、需要保留的任何寄存器、函数参数（如果函数接受4个以上）、局部变量等。虽然堆栈帧的实际内容可能有所不同，但前面概述的内容是最常见的。最后，堆栈帧在函数的尾声中被销毁。

以下是堆栈中堆栈帧的抽象说明：

作为Stack Frame可视化的一个快速示例，让我们使用以下代码：

/* azeria@labs:~$ gcc func.c -o func && gdb func */
int main()
{
 int res = 0;
 int a = 1;
 int b = 2;
 res = max(a, b);
 return res;
}

int max(int a,int b)
{
 do_nothing();
 if(a

 在下面的屏幕截图中，我们可以通过GDB调试器的视角看到堆栈帧的简单说明

   我们可以在上图中看到，目前我们即将离开函数max（见底部反汇编中的箭头）。在这种状态下，FP（R11）指向0xbefff254，它是堆栈帧的底部。堆栈上的此地址（绿色地址）存储0x00010418，它是返回地址（以前的LR）。在此之上4个字节（在0xbefff250处），我们有一个值0xbefff26c，它是前一个帧指针的地址。地址0xbefff24c和0xbefff248处的0x1和0x2是在执行函数max期间使用的局部变量。因此，我们刚刚分析的堆栈帧只有LR、FP和两个局部变量。