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論調(diào)用約定
在C語(yǔ)言中，假設(shè)我們有這樣的一個(gè)函數(shù)：
int function(int a,int b)
調(diào)用時(shí)只要用result = function(1,2)這樣的方式就可以使用這個(gè)函數(shù)。但是，當(dāng)高級(jí)語(yǔ)言被編譯成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的機(jī)器碼時(shí)，有一個(gè)問(wèn)題就凸現(xiàn)出來(lái)：在CPU中，計(jì)算機(jī)沒(méi)有辦法知道一個(gè)函數(shù)調(diào)用需要多少個(gè)、什么樣的參數(shù)，也沒(méi)有硬件可以保存這些參數(shù)。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)不知道怎么給這個(gè)函數(shù)傳遞參數(shù)，傳遞參數(shù)的工作必須由函數(shù)調(diào)用者和函數(shù)本身來(lái)協(xié)調(diào)。為此，計(jì)算機(jī)提供了一種被稱為棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)支持參數(shù)傳遞。
棧是一種先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，棧有一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)、一個(gè)棧頂指針。棧頂指針指向堆棧中第一個(gè)可用的數(shù)據(jù)項(xiàng)（被稱為棧頂）。用戶可以在棧頂上方向棧中加入數(shù)據(jù)，這個(gè)操作被稱為壓棧(Push)，壓棧以后，棧頂自動(dòng)變成新加入數(shù)據(jù)項(xiàng)的位置，棧頂指針也隨之修改。用戶也可以從堆棧中取走棧頂，稱為彈出棧(pop)，彈出棧后，棧頂下的一個(gè)元素變成棧頂，棧頂指針隨之修改。
函數(shù)調(diào)用時(shí)，調(diào)用者依次把參數(shù)壓棧，然后調(diào)用函數(shù)，函數(shù)被調(diào)用以后，在堆棧中取得數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算。函數(shù)計(jì)算結(jié)束以后，或者調(diào)用者、或者函數(shù)本身修改堆棧，使堆棧恢復(fù)原裝。
在參數(shù)傳遞中，有兩個(gè)很重要的問(wèn)題必須得到明確說(shuō)明：
- 當(dāng)參數(shù)個(gè)數(shù)多于一個(gè)時(shí)，按照什么順序把參數(shù)壓入堆棧
- 函數(shù)調(diào)用后，由誰(shuí)來(lái)把堆棧恢復(fù)原裝
在高級(jí)語(yǔ)言中，通過(guò)函數(shù)調(diào)用約定來(lái)說(shuō)明這兩個(gè)問(wèn)題。常見(jiàn)的調(diào)用約定有：
- stdcall
- cdecl
- fastcall
- thiscall
- naked call
stdcall調(diào)用約定
stdcall很多時(shí)候被稱為pascal調(diào)用約定，因?yàn)閜ascal是早期很常見(jiàn)的一種教學(xué)用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其語(yǔ)法嚴(yán)謹(jǐn)，使用的函數(shù)調(diào)用約定就是stdcall。在Microsoft C++系列的C/C++編譯器中，常常用PASCAL宏來(lái)聲明這個(gè)調(diào)用約定，類(lèi)似的宏還有WINAPI和CALLBACK。
stdcall調(diào)用約定聲明的語(yǔ)法為(以前文的那個(gè)函數(shù)為例）：
int __stdcall function(int a,int b)
stdcall的調(diào)用約定意味著：1）參數(shù)從右向左壓入堆棧，2）函數(shù)自身修改堆棧 3)函數(shù)名自動(dòng)加前導(dǎo)的下劃線，后面緊跟一個(gè)@符號(hào)，其后緊跟著參數(shù)的尺寸
以上述這個(gè)函數(shù)為例，參數(shù)b首先被壓棧，然后是參數(shù)a，函數(shù)調(diào)用function(1,2)調(diào)用處翻譯成匯編語(yǔ)言將變成：
push 2 第二個(gè)參數(shù)入棧 push 1 第一個(gè)參數(shù)入棧 call function 調(diào)用參數(shù)，注意此時(shí)自動(dòng)把cs:eip入棧
而對(duì)于函數(shù)自身，則可以翻譯為：
push ebp 保存ebp寄存器，該寄存器將用來(lái)保存堆棧的棧頂指針，可以在函數(shù)退出時(shí)恢復(fù) mov ebp,esp 保存堆棧指針 mov eax,[ebp + 8H] 堆棧中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] 堆棧中ebp + 12處保存了b mov esp,ebp 恢復(fù)esp pop ebp ret 8
而在編譯時(shí)，這個(gè)函數(shù)的名字被翻譯成_function@8
注意不同編譯器會(huì)插入自己的匯編代碼以提供編譯的通用性，但是大體代碼如此。其中在函數(shù)開(kāi)始處保留esp到ebp中，在函數(shù)結(jié)束恢復(fù)是編譯器常用的方法。
從函數(shù)調(diào)用看，2和1依次被push進(jìn)堆棧，而在函數(shù)中又通過(guò)相對(duì)于ebp(即剛進(jìn)函數(shù)時(shí)的堆棧指針）的偏移量存取參數(shù)。函數(shù)結(jié)束后，ret 8表示清理8個(gè)字節(jié)的堆棧，函數(shù)自己恢復(fù)了堆棧。
cdecl調(diào)用約定
cdecl調(diào)用約定又稱為C調(diào)用約定，是C語(yǔ)言缺省的調(diào)用約定，它的定義語(yǔ)法是：
int function (int a ,int b) //不加修飾就是C調(diào)用約定 int __cdecl function(int a,int b)//明確指出C調(diào)用約定
在寫(xiě)本文時(shí)，出乎我的意料，發(fā)現(xiàn)cdecl調(diào)用約定的參數(shù)壓棧順序是和stdcall是一樣的，參數(shù)首先由有向左壓入堆棧。所不同的是，函數(shù)本身不清理堆棧，調(diào)用者負(fù)責(zé)清理堆棧。由于這種變化，C調(diào)用約定允許函數(shù)的參數(shù)的個(gè)數(shù)是不固定的，這也是C語(yǔ)言的一大特色。對(duì)于前面的function函數(shù)，使用cdecl后的匯編碼變成：
調(diào)用處 push 1 push 2 call function add esp,8 注意：這里調(diào)用者在恢復(fù)堆棧被調(diào)用函數(shù)_function處 push ebp 保存ebp寄存器，該寄存器將用來(lái)保存堆棧的棧頂指針，可以在函數(shù)退出時(shí)恢復(fù) mov ebp,esp 保存堆棧指針 mov eax,[ebp + 8H] 堆棧中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] 堆棧中ebp + 12處保存了b mov esp,ebp 恢復(fù)esp pop ebp ret 注意，這里沒(méi)有修改堆棧
MSDN中說(shuō)，該修飾自動(dòng)在函數(shù)名前加前導(dǎo)的下劃線，因此函數(shù)名在符號(hào)表中被記錄為_(kāi)function，但是我在編譯時(shí)似乎沒(méi)有看到這種變化。
由于參數(shù)按照從右向左順序壓棧，因此最開(kāi)始的參數(shù)在最接近棧頂?shù)奈恢茫虼水?dāng)采用不定個(gè)數(shù)參數(shù)時(shí)，第一個(gè)參數(shù)在棧中的位置肯定能知道，只要不定的參數(shù)個(gè)數(shù)能夠根據(jù)第一個(gè)后者后續(xù)的明確的參數(shù)確定下來(lái)，就可以使用不定參數(shù)，例如對(duì)于CRT中的sprintf函數(shù)，定義為：
int sprintf(char* buffer,const char* format,...)
由于所有的不定參數(shù)都可以通過(guò)format確定，因此使用不定個(gè)數(shù)的參數(shù)是沒(méi)有問(wèn)題的。
fastcall
fastcall調(diào)用約定和stdcall類(lèi)似，它意味著：
- 函數(shù)的第一個(gè)和第二個(gè)DWORD參數(shù)（或者尺寸更小的）通過(guò)ecx和edx傳遞，其他參數(shù)通過(guò)從右向左的順序壓棧
- 被調(diào)用函數(shù)清理堆棧
- 函數(shù)名修改規(guī)則同stdcall
其聲明語(yǔ)法為：int fastcall function(int a,int b)
thiscall
thiscall是唯一一個(gè)不能明確指明的函數(shù)修飾，因?yàn)閠hiscall不是關(guān)鍵字。它是C++類(lèi)成員函數(shù)缺省的調(diào)用約定。由于成員函數(shù)調(diào)用還有一個(gè)this指針，因此必須特殊處理，thiscall意味著：
- 參數(shù)從右向左入棧
- 如果參數(shù)個(gè)數(shù)確定，this指針通過(guò)ecx傳遞給被調(diào)用者；如果參數(shù)個(gè)數(shù)不確定，this指針在所有參數(shù)壓棧后被壓入堆棧。
- 對(duì)參數(shù)個(gè)數(shù)不定的，調(diào)用者清理堆棧，否則函數(shù)自己清理堆棧
為了說(shuō)明這個(gè)調(diào)用約定，定義如下類(lèi)和使用代碼：
class A { public: ?? int function1(int a,int b); ?? int function2(int a,...); }; int A::function1 (int a,int b) { ?? return a+b; } #include 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函數(shù)被翻譯成匯編后就變成：
//函數(shù)function1調(diào)用 0401C1D push 2 00401C1F push 1 00401C21 lea ecx,[ebp-8] 00401C24 call function1 注意，這里this沒(méi)有被入棧 //函數(shù)function2調(diào)用 00401C29 push 3 00401C2B push 2 00401C2D push 1 00401C2F push 3 00401C31 lea eax,[ebp-8] 這里引入this指針 00401C34 push eax 00401C35 call function2 00401C3A add esp,14h
可見(jiàn)，對(duì)于參數(shù)個(gè)數(shù)固定情況下，它類(lèi)似于stdcall，不定時(shí)則類(lèi)似cdecl
naked call
這是一個(gè)很少見(jiàn)的調(diào)用約定，一般程序設(shè)計(jì)者建議不要使用。編譯器不會(huì)給這種函數(shù)增加初始化和清理代碼，更特殊的是，你不能用return返回返回值，只能用插入?yún)R編返回結(jié)果。這一般用于實(shí)模式驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，假設(shè)定義一個(gè)求和的加法程序，可以定義為：
__declspec(naked) int add(int a,int b) { __asm mov eax,a __asm add eax,b __asm ret } 注意，這個(gè)函數(shù)沒(méi)有顯式的return返回值，返回通過(guò)修改eax寄存器實(shí)現(xiàn)，而且連退出函數(shù)的ret指令都必須顯式插入。上面代碼被翻譯成匯編以后變成：
mov eax,[ebp+8] add eax,[ebp+12] ret 8
注意這個(gè)修飾是和__stdcall及cdecl結(jié)合使用的，前面是它和cdecl結(jié)合使用的代碼，對(duì)于和stdcall結(jié)合的代碼，則變成：
__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 } 至于這種函數(shù)被調(diào)用，則和普通的cdecl及stdcall調(diào)用函數(shù)一致。
函數(shù)調(diào)用約定導(dǎo)致的常見(jiàn)問(wèn)題
如果定義的約定和使用的約定不一致，則將導(dǎo)致堆棧被破壞，導(dǎo)致嚴(yán)重問(wèn)題，下面是兩種常見(jiàn)的問(wèn)題：
- 函數(shù)原型聲明和函數(shù)體定義不一致
- DLL導(dǎo)入函數(shù)時(shí)聲明了不同的函數(shù)約定
以后者為例，假設(shè)我們?cè)赿ll種聲明了一種函數(shù)為：
__declspec(dllexport) int func(int a,int b);//注意，這里沒(méi)有stdcall，使用的是cdecl
使用時(shí)代碼為：
typedef int (*WINAPI DLLFUNC)func(int a,int b); hLib = LoadLibrary(...); DLLFUNC func = (DLLFUNC)GetProcAddress(...)//這里修改了調(diào)用約定 result = func(1,2);//導(dǎo)致錯(cuò)誤
由于調(diào)用者沒(méi)有理解WINAPI的含義錯(cuò)誤的增加了這個(gè)修飾，上述代碼必然導(dǎo)致堆棧被破壞，MFC在編譯時(shí)插入的checkesp函數(shù)將告訴你，堆棧被破壞了。