关于调用约定(cdecl、fastcall、thiscall)

标 题: 关于调用约定(cdecl、fastcall、thiscall)

作 者: lcx4
时 间: 2016-3-22

链 接: http://www.lcx4.com/?post=19




当高级语言函数被编译成机器码时,有一个问题就必须解决:因为CPU没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数。

即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。

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,使堆栈恢复原装。在参数传递中,有两个很重要的问题必须得到明确说明:

 1) 当参数个数多于一个时,按照什么顺序把参数压入堆栈;

  2) 函数调用后,由谁来把堆栈恢复原装。

  3)函数的返回值放在什么地方 

在高级语言中,通过函数调用规范(Calling Conventions)来说明这两个问题。常见的调用规范有:

 stdcall
   cdecl
   fastcall
   thiscall
   naked call 

stdcall调用规范

stdcall很多时候被称为pascal调用规范,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调用规范声明的语法为:

																 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   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进堆栈,而在函数中又

通过相对于ebp(即刚进函数时的堆栈指针)的偏移量存取参数。函数结束后,ret 8表示清理8个字节的堆栈,函数自己恢复了堆栈。

 

cdecl调用规范

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 

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,函数本身不清理堆栈,调用者负责清理堆栈。

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 第二个参数入栈

  push   1 第一个参数入栈

  call   function

  add    esp,8              注意:这里调用者在恢复堆栈

  

被调用函数_function处

  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。 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sprintf函数,定义为: 

 int sprintf(char* buffer,constchar* 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调用规范

fastcall调用约定和stdcall类似,它意味着:
 1) 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;

  2) 被调用函数清理堆栈;

  3) 函数名修改规则同stdcall。 
其声明语法为:int __fastcall function(int a,int b)

 

thiscall调用规范

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:

 1) 参数从右向左入栈;

  2) 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;

  3) 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调用规范

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,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:
1) 函数原型声明和函数体定义不一致

2) DLL导入函数时声明了不同的函数约定 
 

当高级语言函数被编译成机器码时,有一个问题就必须解决:因为CPU没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数。

即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。

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,使堆栈恢复原装。在参数传递中,有两个很重要的问题必须得到明确说明:

 1) 当参数个数多于一个时,按照什么顺序把参数压入堆栈;

  2) 函数调用后,由谁来把堆栈恢复原装。

  3)函数的返回值放在什么地方 

在高级语言中,通过函数调用规范(Calling Conventions)来说明这两个问题。常见的调用规范有:

 stdcall
   cdecl
   fastcall
   thiscall
   naked call 

stdcall调用规范

stdcall很多时候被称为pascal调用规范,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调用规范声明的语法为:

																 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   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进堆栈,而在函数中又

通过相对于ebp(即刚进函数时的堆栈指针)的偏移量存取参数。函数结束后,ret 8表示清理8个字节的堆栈,函数自己恢复了堆栈。

 

cdecl调用规范

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 

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,函数本身不清理堆栈,调用者负责清理堆栈。

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 第二个参数入栈

  push   1 第一个参数入栈

  call   function

  add    esp,8              注意:这里调用者在恢复堆栈

  

被调用函数_function处

  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。 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sprintf函数,定义为: 

 int sprintf(char* buffer,constchar* 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调用规范

fastcall调用约定和stdcall类似,它意味着:
 1) 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;

  2) 被调用函数清理堆栈;

  3) 函数名修改规则同stdcall。 
其声明语法为:int __fastcall function(int a,int b)

 

thiscall调用规范

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:

 1) 参数从右向左入栈;

  2) 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;

  3) 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调用规范

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,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:
1) 函数原型声明和函数体定义不一致

2) DLL导入函数时声明了不同的函数约定 
 

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