論調(diào)用約定

在C語言中，假設(shè)我們有這樣的一個函數(shù)：

int function(int a,int b)

調(diào)用時只要用result = function(1,2)這樣的方式就可以使用這個函數(shù)。但是，當(dāng)高級語言被編譯成計算機(jī)可以識別的機(jī)器碼時，有一個問題就凸現(xiàn)出來：在CPU中，計算機(jī)沒有辦法知道一個函數(shù)調(diào)用需要多少個、什么樣的參數(shù)，也沒有硬件可以保存這些參數(shù)。也就是說，計算機(jī)不知道怎么給這個函數(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)本身來協(xié)調(diào)。為此，計算機(jī)提供了一種被稱為棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來支持參數(shù)傳遞。

棧是一種先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，棧有一個存儲區(qū)、一個棧頂指針。棧頂指針指向堆棧中第一個可用的數(shù)據(jù)項（被稱為棧頂）。用戶可以在棧頂上方向棧中加入數(shù)據(jù)，這個操作被稱為壓棧(Push)，壓棧以后，棧頂自動變成新加入數(shù)據(jù)項的位置，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，棧頂下的一個元素變成棧頂，棧頂指針隨之修改。

函數(shù)調(diào)用時，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)行計算。函數(shù)計算結(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，有兩個很重要的問題必須得到明確說明：

• 當(dāng)參數(shù)個數(shù)多于一個時，按照什么順序把參數(shù)壓入堆棧
• 函數(shù)調(diào)用后，由誰來把堆棧恢復(fù)原裝

在高級語言中，通過函數(shù)調(diào)用約定來說明這兩個問題。常見的調(diào)用約定有：

• stdcall
• cdecl
• fastcall
• thiscall
• naked call

stdcall調(diào)用約定

stdcall很多時候被稱為pascal調(diào)用約定，因為pascal是早期很常見的一種教學(xué)用計算機(jī)程序設(shè)計語言，其語法嚴(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宏來聲明這個調(diào)用約定，類似的宏還有WINAPI和CALLBACK。

stdcall調(diào)用約定聲明的語法為(以前文的那個函數(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)名自動加前導(dǎo)的下劃線，后面緊跟一個@符號，其后緊跟著參數(shù)的尺寸

以上述這個函數(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)用處翻譯成匯編語言將變成：

 push 2 第二個參數(shù)入棧 push 1 第一個參數(shù)入棧 call function 調(diào)用參數(shù)，注意此時自動把cs:eip入棧 

而對于函數(shù)自身，則可以翻譯為：

 push ebp 保存ebp寄存器，該寄存器將用來保存堆棧的棧頂指針，可以在函數(shù)退出時恢復(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，這個函數(shù)的名字被翻譯成_function@8

注意不同編譯器會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)中又通過相對于ebp(即剛進(jìn)函數(shù)時的堆棧指針）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語言缺省的調(diào)用約定，它的定義語法是：

 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 

在寫本文時，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)的個數(shù)是不固定的，這也是C語言的一大特色。對于前面的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，該寄存器將用來保存堆棧的棧頂指針，可以在函數(shù)退出時恢復(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，這里沒有修改堆棧

MSDN中說，該修飾自動在函數(shù)名前加前導(dǎo)的下劃線，因此函數(shù)名在符號表中被記錄為_function，但是我在編譯時似乎沒有看到這種變化。

由于參數(shù)按照從右向左順序壓棧，因此最開始的參數(shù)在最接近棧頂?shù)奈恢茫虼水?dāng)采用不定個數(shù)參數(shù)時，第一個參數(shù)在棧中的位置肯定能知道，只要不定的參數(shù)個數(shù)能夠根據(jù)第一個后者后續(xù)的明確的參數(shù)確定下來，就可以使用不定參數(shù)，例如對于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format確定，因此使用不定個數(shù)的參數(shù)是沒有問題的。

fastcall

fastcall調(diào)用約定和stdcall類似，它意味著：

• 函數(shù)的第一個和第二個DWORD參數(shù)（或者尺寸更小的）通過ecx和edx傳遞，其他參數(shù)通過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

其聲明語法為：int fastcall function(int a,int b)

thiscall

thiscall是唯一一個不能明確指明的函數(shù)修飾，因為thiscall不是關(guān)鍵字。它是C++類成員函數(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)個數(shù)確定，this指針通過ecx傳遞給被調(diào)用者；如果參數(shù)個數(shù)不確定，this指針在所有參數(shù)壓棧后被壓入堆棧。
• 對參數(shù)個數(shù)不定的，調(diào)用者清理堆棧，否則函數(shù)自己清理堆棧

為了說明這個調(diào)用約定，定義如下類和使用代碼：

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，對于參數(shù)個數(shù)固定情況下，它類似于stdcall，不定時則類似cdecl

naked call

這是一個很少見的調(diào)用約定，一般程序設(shè)計者建議不要使用。編譯器不會給這種函數(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。這一般用于實模式驅(qū)動程序設(shè)計，假設(shè)定義一個求和的加法程序，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，這個函數(shù)沒有顯式的return返回值，返回通過修改eax寄存器實現(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)致的常見問題

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)重問題，下面是兩種常見的問題：

1. 函數(shù)原型聲明和函數(shù)體定義不一致
2. DLL導(dǎo)入函數(shù)時聲明了不同的函數(shù)約定

以后者為例，假設(shè)我們在dll種聲明了一種函數(shù)為：

__declspec(dllexport) int func(int a,int b);//注意，這里沒有stdcall，使用的是cdecl

使用時代碼為：

 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)致錯誤 

由于調(diào)用者沒有理解WINAPI的含義錯誤的增加了這個修飾，上述代碼必然導(dǎo)致堆棧被破壞，MFC在編譯時插入的checkesp函數(shù)將告訴你，堆棧被破壞了。