程序怎么跑？（1）－－linux 课程学习笔记

要清楚程序怎么执行，首先有两个基础的过程需要了解，一个是函数怎么被调用，另一个是函数怎么返回，本文将通过一个简单的例子对这两个过程进行简单讲解。

以下是一段简单的c代码。
 


首先我们利用如下命令对程序进行编译
gcc –S –o main.s main.c -m32
对于命令中选项的解释
-S
以下是man
gcc 中和-S有关的说明
-S
 Stop after the stage of compilation proper; do not assemble. The
   
output is in the form of an assembler code file for each non-assembler input file specified.
   
-c

     -S

     -E  If any of these options is used, then the linker is not run, and

         object file names should not be used as arguments.
简而言之，－S选项要求gcc将代码编译生成汇编代码就停止，并不进行汇编代码转机器码的过程（assemble），连接器（linker）也不工作。

-o
output, 输出的意思。用户自定义输出文件的文件名。

-m32
以下是man
gcc 中和-m32有关的说明
   The
-m32 option sets "int", "long", and pointer types to 32 bits, and generates code that runs on any i386 system.
加入这个选项使得gcc生成运行在32位系统的代码

        上面命令输出main.s这个文件，这个文件是c代码对应的汇编代码。下面是main.s文件内容，里面的编译辅助信息已经全部删除。



下面我们手动模拟这段代码的执行过程，以研究函数调用和返回的过程。
假设这是代码运行前ebp，esp，eip，eax的状态，以及栈的内容。



1.进入到main函数后，先将ebp寄存器内容压栈，然后将esp内容送到ebp，这时ebp和esp同时指向地址为6的内存。内存6保存着main函数执行前ebp的内容。



2.然后执行两条指令，subl $4, %esp  movl $2, (%esp)， 这两条指令的运行结果如下图，相当于push $2。对照c代码，main函数里面只有一个地方出现了数字2，也就是调用f函数的时候，2作为参数传递给f函数。而在这里，做完将2压栈操作的后一条就是call f，就是对f函数的调用，所以我们可以猜测，函数调用时，函数的参数是通过压栈的方式实现的，这个猜测我们可以通过f函数中对g函数的调用证实是正确的。



3.call指令做具体做的事情是将当前的eip压栈，然后将eip值设置为被调用的代码地址。在这里，被调用的f函数行数是9，所以eip变为9；在执行call f时，eip指向的是call f 下一条指令，也就是23，所以被压栈的eip的值是23。值得注意的是，在这里代码的地址我用了行号代替，这只是为了方便说明。实际上eip里面存放的应该是内存地址，每次执行指令有eip的自增并不是增加1，而是根据指令长度而变化，以保证eip总是指向下一条指令的地址。



4.保存main函数的ebp，并开辟自己的运行栈



5.栈定往下跑一格



6..把之前main压栈的2取出来放到eax寄存器中，证明当时main对2的压栈操作是在传参数



7.把eax的内容放到栈顶。这三条语句的执行效果就是 push 8(%ebp)，对照相应的c代码，f函数直接



8.调用g函数，操作和main函数调用f函数过程一样。



9.准备执行g函数



10.保存f函数的ebp，设置自己的栈



11.取出f函数之前压栈的参数2



12.和1相加，结果放在eax



13.栈顶元素存放到ebp，对应的栈顶增加4



14.ret指令作用是 pop eip，这个eip是执行call指令时被压栈的，他指向call的下一条指令。在这里，他指向f函数里面的leave



15.leave指令作用为将esp设置为ebp，然后pop ebp。在这条指令执行前，ebp存放的是f函数的栈底，通过9，10 行汇编代码我们看到，f函数的ebp指向的内存单元存放的是main的ebp，所以leave指令做的事情其实是将ebp设置成main的ebp。那么为什么g函数返回前没有leave指令呢？这时因为g函数返回前esp就是ebp，所以不需要将esp设置成ebp的过程，可以直接pop
ebp。



16.运行ret，操作同g函数的返回



17.这里对应了c代码中 return f(2)+4; 注意到在g函数中g函数将运行结果直接放到eax后就不再操作eax，f函数对eax也没有操作，所以这部分eax加4前eax内容就是f函数返回的内容，加4后，eax内容作为main的返回



18.同样是leave



19.同样是ret



20. 我们重新看一下这段代码运行前的寄存器和堆栈内容



至此，本文的两个问题有答案了
一，函数调用是个什么过程
答：函数调用前，函数参数由调用者通过压栈的方式存放；调用时，eip被压栈保存；被调用函数执行第一步是将当前的ebp保存，并将当前栈顶作为自己的设置为自己的栈底。
二，函数返回是个什么过程
答：函数返回时将ebp恢复为保存在栈中的ebp，返回结果保存在eax中给调用者使用，eip恢复到调用前保存的eip，使得程序从调用前的环境继续执行。

邱聪  原创作品转载请注明出处 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000