C程序运行时内存结构分析
2018-07-20 来源：编程学习网
实验知识
- 静态变量存储在静态存储区，局部变量存储在动态存储区（栈），代码存放在代码区
- 寄存器，EBP指向栈底，ESP指向栈顶，EIP指向正在执行指令的下一条指令，三个寄存器中保存的都是地址，32位系统，地址为4个字节即dword
- 所有写在函数定义里面的语句都编译成指令（驱动CPU）
实验代码
#include <stdio.h>
int fun(int a, int b);
int m = 10;
int main()
{
int i = 4;
int j = 5;
m = fun(i, j);
}
int fun(int a, int b)
{
int c = 0;
c = a + b;
return c;
}
这段代码包含两个函数，因此可以测试函数调用，此外还包含了静态变量、局部变量、返回值等
实验测试
测试工具：VC6.0
源代码及对应的汇编如下
寄存器及内存状态如下
EBP栈顶初始值为0018FF84h，ESP初始为0018FF48h
ESP和EBP在栈中的作用
在每个函数最开始的地方有两条语句
push ebp mov ebp,esp
在函数返回前也有两条语句
mov esp,ebp pop ebp
每运行一个函数就新开一段栈空间，所谓的开栈空间就是移动ebp栈底，在移动ebp之前，通过push ebp保存上一级函数的栈底，然后用ebp指向现在函数栈的栈顶，即为当前函数开辟了栈；接着给局部变量进行地址分配以及保存现场等，esp不断向低地址移动，当函数调用结束时，esp指回当前函数的栈顶(mov esp,ebp)，然后上一级函数的栈顶地址出栈保存在ebp中（pop ebp）。因此，每一个函数的栈顶上面都保存着上一级函数的栈顶地址，用于当前函数结束时能够返回上一级函数的栈，通过ebp和esp以及压栈出栈操作对栈进行维护。
逐条分析
main函数对应的汇编代码如下
7: int main()
8: {
00401020 push ebp // ebp初始为0018FF84h压栈，压栈后esp = 0018FF48h - 4 = 0018FF44h
00401021 mov ebp,esp // ebp保存栈顶0，ebp=esp=0018FF44h
00401023 sub esp,48h // esp -= 48h开辟了一段栈空间，留待后面保存局部变量，此时esp=0018FF44h-48h=0018FEFCh
00401026 push ebx
00401027 push esi
00401028 push edi // ebx、esi和edi压栈，esp = 0018FEFCh - 4*3 = 0018FEF0h
00401029 lea edi,[ebp-48h] // lea指令将ebp-48h作为偏移地址保存在edi中，edi=0018FEFCh，即栈中ebx的上面
0040102C mov ecx,12h
00401031 mov eax,0CCCCCCCCh
00401036 rep stos dword ptr [edi] // 将eax重复保存在以edi开始的栈空间里，重复次数为ecx次，向高地址方向，共覆盖12h*4=48h个地址，即栈中保存ebx的地址以上到ebp指向的地址这一段全部填充为cch
9: int i = 4;
00401038 mov dword ptr [ebp-4],4 // 保存变量i
10: int j = 5;
0040103F mov dword ptr [ebp-8],5 // 保存变量j
11: m = fun(i, j);
00401046 mov eax,dword ptr [ebp-8] // 将j保存在eax中
00401049 push eax // eax压栈, esp=0018FEF0h-4=0018FEECh
0040104A mov ecx,dword ptr [ebp-4] // 将i保存在ecx中
0040104D push ecx // ecx压栈，esp=0018FEECh-4=0018FEE8h
0040104E call @ILT+0(_fun) (00401005) // 以上实际上是为形参分配内存，顺序从右到左，此步进行函数跳转
00401053 add esp,8 // 形参的地址回收,esp=0018FEE8h+8=0018FEF0h
00401056 mov [_m (00424a30)],eax // 返回值存放在静态变量m中
12: return 0;
0040105B xor eax,eax // 返回值置为0
13: }
0040105D pop edi
0040105E pop esi
0040105F pop ebx
00401060 add esp,48h
00401063 cmp ebp,esp
00401065 call __chkesp (004010d0)
0040106A mov esp,ebp
0040106C pop ebp
0040106D ret
fun函数的汇编代码理解
15: int fun(int a, int b)
16: {
00401090 push ebp
00401091 mov ebp,esp
00401093 sub esp,44h
00401096 push ebx
00401097 push esi
00401098 push edi
00401099 lea edi,[ebp-44h]
0040109C mov ecx,11h
004010A1 mov eax,0CCCCCCCCh
004010A6 rep stos dword ptr [edi] // 以上理解同main函数，ebp压栈时保存的地址是0018FF44h，即main函数栈开始开始的地方，然后ebp指向当前函数栈开始的地方
17: int c = 0;
004010A8 mov dword ptr [ebp-4],0 // 为c分配地址，并赋值
18: c = a + b;
004010AF mov eax,dword ptr [ebp+8] // 获得第一个参数
004010B2 add eax,dword ptr [ebp+0Ch] // 与第二个参数求和
004010B5 mov dword ptr [ebp-4],eax // 结果保存在c中
19: return c;
004010B8 mov eax,dword ptr [ebp-4] // 返回值存放在eax
20: }
004010BB pop edi // 现场恢复
004010BC pop esi
004010BD pop ebx
004010BE mov esp,ebp // 当前函数栈空间回收，以后可重新分配，esp=0018FEE8h
004010C0 pop ebp // ebp恢复为0018FF44h
004010C1 ret // 返回，等待执行函数调用的下一条指令
调用fun函数时的内存情况
局部变量i和j保存在48h空间的开始位置（高地址），即栈底附近，如下图
在调用fun函数之前，将形参从右至左依次压栈，如下图
call fun函数时执行跳转
标签： 代码
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