函數調用棧的獲取原理分析
本篇文章主要介紹一下獲取函數調用棧的原理,並給出相應的實現方式。
要了解調用棧,首先需要了解函數的調用過程,下面用一段代碼作為例子:
#include <stdio.h>
int add(int a, int b) {
int result = 0;
result = a + b;
return result;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
int result = 0;
result = add(1, 2);
printf("result = %d \r\n", result);
return 0;
}
使用gcc編譯,然後gdb反彙編main函數,看看它是如何調用add函數的:
(gdb) disassemble main
Dump of assembler code for function main:
0x08048439 <+0>: push %ebp
0x0804843a <+1>: mov %esp,%ebp
0x0804843c <+3>: and $0xfffffff0,%esp
0x0804843f <+6>: sub $0x20,%esp
0x08048442 <+9>: movl $0x0,0x1c(%esp) # 給result變量賦0值
0x0804844a <+17>: movl $0x2,0x4(%esp) # 將第2個參數壓棧(該參數偏移為esp+0x04)
0x08048452 <+25>: movl $0x1,(%esp) # 將第1個參數壓棧(該參數偏移為esp+0x00)
0x08048459 <+32>: call 0x804841c <add> # 調用add函數
0x0804845e <+37>: mov %eax,0x1c(%esp) # 將add函數的返回值賦給result變量
0x08048462 <+41>: mov 0x1c(%esp),%eax
0x08048466 <+45>: mov %eax,0x4(%esp)
0x0804846a <+49>: movl $0x8048510,(%esp)
0x08048471 <+56>: call 0x80482f0 <printf@plt>
0x08048476 <+61>: mov $0x0,%eax
0x0804847b <+66>: leave
0x0804847c <+67>: ret
End of assembler dump.
可以看到,參數是在add函數調用前壓棧,換句話說,參數壓棧由調用者進行,參數存儲在調用者的棧空間中,下面再看一下進入add函數後都做了什麼:
(gdb) disassemble add
Dump of assembler code for function add:
0x0804841c <+0>: push %ebp # 將ebp壓棧(保存函數調用者的棧基址)
0x0804841d <+1>: mov %esp,%ebp # 將ebp指向棧頂esp(設置當前函數的棧基址)
0x0804841f <+3>: sub $0x10,%esp # 分配棧空間(棧向低地址方向生長)
0x08048422 <+6>: movl $0x0,-0x4(%ebp) # 給result變量賦0值(該變量偏移為ebp-0x04)
0x08048429 <+13>: mov 0xc(%ebp),%eax # 將第2個參數的值賦給eax(準備運算)
0x0804842c <+16>: mov 0x8(%ebp),%edx # 將第1個參數的值賦給edx(準備運算)
0x0804842f <+19>: add %edx,%eax # 加法運算(edx+eax),結果保存在eax中
0x08048431 <+21>: mov %eax,-0x4(%ebp) # 將運算結果eax賦給result變量
0x08048434 <+24>: mov -0x4(%ebp),%eax # 將result變量的值賦給eax(eax將作為函數返回值)
0x08048437 <+27>: leave # 恢復函數調用者的棧基址(pop %ebp)
0x08048438 <+28>: ret # 返回(準備執行下條指令)
End of assembler dump.
進入add函數後,首先進行的操作是將當前的棧基址ebp壓棧(此棧基址是調用者main函數的),然後將ebp指向棧頂esp,接下來再進行函數內的處理流程。函數結束前,會將函數調用者的棧基址恢復,然後返回準備執行下一指令。這個過程中,棧上的空間會是下面的樣子:
可以發現,每調用一次函數,都會對調用者的棧基址(ebp)進行壓棧操作,並且由於棧基址是由當時棧頂指針(esp)而來,會發現,各層函數的棧基址很巧妙的構成了一個鏈,即當前的棧基址指向下一層函數棧基址所在的位置,如下圖所示:
瞭解了函數的調用過程,想要回溯調用棧也就很簡單了,首先獲取當前函數的棧基址(寄存器ebp)的值,然後獲取該地址所指向的棧的值,該值也就是下層函數的棧基址,找到下層函數的棧基址後,重複剛才的動作,即可以將每一層函數的棧基址都找出來,這也就是我們所需要的調用棧了。
下面是根據原理實現的一段獲取函數調用棧的代碼,供參考。
#include <stdio.h>
/* 打印調用棧的最大深度 */
#define DUMP_STACK_DEPTH_MAX 16
/* 獲取寄存器ebp的值 */
void get_ebp(unsigned long *ebp) {
__asm__ __volatile__ (
"mov %%ebp, %0"
:"=m"(*ebp)
::"memory");
}
/* 獲取調用棧 */
int dump_stack(void **stack, int size) {
unsigned long ebp = 0;
int depth = 0;
/* 1.得到首層函數的棧基址 */
get_ebp(&ebp);
/* 2.逐層回溯棧基址 */
for (depth = 0; (depth < size) && (0 != ebp) && (0 != *(unsigned long *)ebp) && (ebp != *(unsigned long *)ebp); ++depth) {
stack[depth] = (void *)(*(unsigned long *)(ebp + sizeof(unsigned long)));
ebp = *(unsigned long *)ebp;
}
return depth;
}
/* 測試函數 2 */
void test_meloner() {
void *stack[DUMP_STACK_DEPTH_MAX] = {0};
int stack_depth = 0;
int i = 0;
/* 獲取調用棧 */
stack_depth = dump_stack(stack, DUMP_STACK_DEPTH_MAX);
/* 打印調用棧 */
printf(" Stack Track: \r\n");
for (i = 0; i < stack_depth; ++i) {
printf(" [%d] %p \r\n", i, stack[i]);
}
return;
}
/* 測試函數 1 */
void test_hutaow() {
test_meloner();
return;
}
/* 主函數 */
int main(int argc, char *argv[]) {
test_hutaow();
return 0;
}
源文件下載:鏈接
執行gcc dumpstack.c -o dumpstack 編譯並運行,執行結果如下:
Stack Track:
[0] 0x8048475
[1] 0x8048508
[2] 0x804855c
[3] 0x804856a