匯編二 — 棧

  • 棧:是一種具有特殊的訪問方式的存儲(chǔ)空間(后進(jìn)先出碍侦, Last In Out Firt粱坤,LIFO)
棧結(jié)構(gòu)

SP和FP寄存器

  • sp寄存器在任意時(shí)刻會(huì)保存我們棧頂?shù)牡刂?
  • fp寄存器也稱為x29寄存器屬于通用寄存器,但是在某些時(shí)刻我們利用它保存棧底的地址!()

注意:ARM64開始,取消32位的 LDM,STM,PUSH,POP指令! 取而代之的是ldr\ldp str\stp
ARM64里面 對(duì)棧(sp)的操作(必須)是16字節(jié)對(duì)齊的! !(否則即會(huì)崩潰,如:add sp,0x6)
sp 寄存器指向哪里瓷产,哪里就是棧站玄,通過 sp 偏移來 讀取/存 數(shù)據(jù)。

關(guān)于內(nèi)存讀寫指令

注意:讀/寫 數(shù)據(jù)是都是往高地址讀/寫濒旦。
(椫昕酰空間的開辟,設(shè)計(jì)其實(shí)是從上往下走的,從高到低)

椓榔剩空間的開辟

操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候锉矢,怎么把內(nèi)存的堆棧分開呢?
所以做了一個(gè)約定齿尽,從上往下為棧沽损,從下往上為堆。這樣就能更加合理的利用內(nèi)存空間循头,為彈性的空間绵估。(Stack Overflow 堆棧溢出)

堆棧空間劃分

str(store register)指令

將數(shù)據(jù)從寄存器中讀出來,存到內(nèi)存中.

ldr(load register)指令

將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中讀出來,存到寄存器中

此ldr 和 str 的變種ldp 和 stp 還可以操作2個(gè)寄存器.

堆棧操作練習(xí)

使用32個(gè)字節(jié)空間作為這段程序的椏睿空間,然后利用棧將x0和x1的值進(jìn)行交換.

sub    sp, sp, #0x20    ;拉伸椆眩空間32個(gè)字節(jié)
stp    x0, x1, [sp, #0x10] ;sp往上加16個(gè)字節(jié),存放x0 和 x1
ldp    x1, x0, [sp, #0x10] ;將sp偏移16個(gè)字節(jié)的值取出來,放入x1 和 x0

( [sp,#0x10] 代表左邊的 sp 加上右邊的 0x10,若是減的話就是[sp,#-0x10])

register write x0 0xffffffff
register write x1 0xffffffff
修改 xo 和 x1 寄存器的值

讀取完畢以后:
add sp, sp, #0x20 復(fù)位保持棧的平衡,防止椚纾空間的浪費(fèi)缝左,或者溢出。

bl和ret指令

bl標(biāo)號(hào)

  • 將下一條指令的地址放入lr(x30)寄存器 (用于返回繼續(xù)執(zhí)行)
  • 轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)處執(zhí)行指令

# + 數(shù)字:立即數(shù)浓若,代表一個(gè)常數(shù)渺杉。
bl 與 8086 匯編中的 jump 類似。
.s 代表匯編文件

.text 代碼段
.gloal 定義全局變量挪钓。
64 位的寄存器 8 個(gè)字節(jié)

.text
.global _A,_B

_A:
    mov x0,#0xaaaaaaaa
    bl _B
    mov x0,#0xcccccc
    ret

_B:
    mov x0,#0xbbbb
    ret

(在進(jìn)入 A 函數(shù)之前少办,lr 保存了下一步執(zhí)行的地址,bl _B 之后诵原,lr 則保存為下一條指令的地址,覆蓋掉之前保存的值挽放,進(jìn)入 B 函數(shù)執(zhí)行完绍赛,再次跳回 A 函數(shù),陷入死循環(huán)辑畦。)

每一個(gè)函數(shù)都會(huì)開辟一個(gè)椔鸢觯空間

指令優(yōu)化
stp x29, x30 ,[sp, #-0x10]! 加 “!” 的作用相當(dāng)于:
sub sp, sp,#0x10; stp x29, x30, 【sp】
將 sp -10 賦值給 sp;
在 ARM 64 匯編中纯出,x29 沒有什么作用蚯妇,x30 保存返回的地址。

stp x29, x30 ,[sp, #-0x10]! // 將 x29, x30 寄存器中的值放到棧里面
mov x29, sp
bl 0x2345463  // 函數(shù)調(diào)用
ldp   x29, x30, [sp], #10  // 完畢以后暂筝,在從棧里面讀出來放到 x29, x30 中箩言,保護(hù)x29 , x30 這兩個(gè)寄存器(現(xiàn)場(chǎng)保護(hù))
ret

str/ldr 操作一個(gè)寄存器,stp/ ldp 管理兩個(gè)寄存器

優(yōu)化后的代碼:

.text
.global _A,_B

_A:
    mov x0,#0xaaaaaaaa
    str x30,[sp,#-0x10]!
    bl _B
    mov x0,#0xcccccc
    ldr x30,[sp],#0x10  // 相當(dāng)于: ldr x30, [sp]; add sp, sp, #0x10;
    ret

_B:
    mov x0,#0xbbbb
    ret

ret

  • 默認(rèn)使用lr(x30)寄存器的值,通過底層指令提示CPU此處作為下條指令地址! 就是跳轉(zhuǎn)到 x30 寄存器所保存的地址

ARM64平臺(tái)的特色指令,它面向硬件做了優(yōu)化處理的

x30寄存器

x30寄存器存放的是函數(shù)的返回地址.當(dāng)ret指令執(zhí)行時(shí)刻,會(huì)尋找x30寄存器保存的地址值!

注意:在函數(shù)嵌套調(diào)用的時(shí)候.需要講x30入棧!

函數(shù)的參數(shù)和返回值

ARM64下,函數(shù)的參數(shù)(通常)是存放在X0到X7(W0到W7)這8個(gè)寄存器里面的.如果超過8個(gè)參數(shù),就會(huì)入棧.

int sum2(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g, int h, int i) {
    return a+b+c+d+e+f+g+h+I;
}

sum2(1,2,3,4,5,6,7,8,9);

001-函數(shù)的參數(shù)和返回值`main:
    0x10486a8d0 <+0>:  sub    sp, sp, #0x30             ; =0x30 
    0x10486a8d4 <+4>:  stp    x29, x30, [sp, #0x20]
    0x10486a8d8 <+8>:  add    x29, sp, #0x20            ; =0x20 
    0x10486a8dc <+12>: orr    w8, wzr, #0x1
    0x10486a8e0 <+16>: orr    w9, wzr, #0x2
    0x10486a8e4 <+20>: orr    w2, wzr, #0x3
    0x10486a8e8 <+24>: orr    w3, wzr, #0x4
    0x10486a8ec <+28>: mov    w4, #0x5
    0x10486a8f0 <+32>: orr    w5, wzr, #0x6
    0x10486a8f4 <+36>: orr    w6, wzr, #0x7
    0x10486a8f8 <+40>: orr    w7, wzr, #0x8
    0x10486a8fc <+44>: mov    w10, #0x9
    0x10486a900 <+48>: stur   w0, [x29, #-0x4]
    0x10486a904 <+52>: str    x1, [sp, #0x10]
->  0x10486a908 <+56>: mov    x0, x8
    0x10486a90c <+60>: mov    x1, x9
    0x10486a910 <+64>: str    w10, [sp]
    0x10486a914 <+68>: bl     0x10486a858               ; sum2 at main.m:16
    0x10486a918 <+72>: mov    w8, #0x0
    0x10486a91c <+76>: str    w0, [sp, #0xc]
    0x10486a920 <+80>: mov    x0, x8
    0x10486a924 <+84>: ldp    x29, x30, [sp, #0x20]
    0x10486a928 <+88>: add    sp, sp, #0x30             ; =0x30 
    0x10486a92c <+92>: ret    
函數(shù)調(diào)用之前棧的變化

注:匯編代碼開始一定都是x29 ,x30 都入棧焕襟,為了保護(hù)函數(shù)的返回地址陨收。

stur 是一個(gè)無符號(hào)的變種指令,可以把它當(dāng)做 str .

stur w0, [x29, #-0x4] —— 減的時(shí)候?yàn)?stur
str x1, [sp, #0x10] —— 加的時(shí)候?yàn)?str.

【sp】 【】代表把 sp 的值取出來,當(dāng)做一個(gè)內(nèi)存地址务漩,相當(dāng)于取地址拄衰,代表 sp 指針?biāo)赶虻膮^(qū)域。
拉伸空間是往低地址拉伸饵骨,讀寫是往高地址翘悉。

image.png
各寄存器值
函數(shù)調(diào)用過程

函數(shù)的返回值(通常)是放在X0 寄存器里面的,.這是編譯器決定的居触,如果返回結(jié)構(gòu)體即放不下了妖混,不能以 x0 作為返回值了

    0x1009e28d8 <+0>:  sub    sp, sp, #0x10             ; =0x10 // sp 減 16 字節(jié),向低地址
    0x1009e28dc <+4>:  str    w0, [sp, #0xc]  // 內(nèi)部數(shù)據(jù)可以隨意放
    0x1009e28e0 <+8>:  str    w1, [sp, #0x8]
->  0x1009e28e4 <+12>: ldr    w0, [sp, #0xc]
    0x1009e28e8 <+16>: ldr    w1, [sp, #0x8]
    0x1009e28ec <+20>: add    w0, w0, w1  // 兩個(gè)參數(shù)相加放入w0, 即為返回值
    0x1009e28f0 <+24>: add    sp, sp, #0x10             ; =0x10 // sp 加 16 字節(jié)饼煞,向高地址
    0x1009e28f4 <+28>: ret

sum (10, 20);
簡化版 替代上面的匯編代碼
add x0, x0, x1
ret

注:如果一個(gè)函數(shù)內(nèi)部不再調(diào)用其它的函數(shù)源葫,我們稱之為 葉子函數(shù)

我們知道了 x0---x7 是存放參數(shù)的砖瞧, OC 方法的調(diào)用息堂,
[self viewDidLoad] ;
即為 msgSend(self, @selector(viewDidLoad));
那么 x0 即為 self ,x1 即為調(diào)用的方法地址。

函數(shù)的局部變量

函數(shù)的局部變量放在棧里面!

int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}
或
int sum(int a, int b) {
    int c = 10;
    int d = 11;
    return a+b+c+d+;
}

棧拉伸空間時(shí)块促,至少拉伸 16 個(gè)字節(jié)荣堰,即 0x10 最低。
上面的函數(shù)竭翠,就只拉伸一個(gè)字節(jié)振坚。
sub sp, sp, #0x10 ; =0x10

如果為:

int sum(int a, int b) {
    int c = 10;
    int d = 11;
    int e = 12;
    return a+b+c+d+e;
}

則拉伸兩個(gè)字節(jié)

image.png

如果內(nèi)部調(diào)用函數(shù),即函數(shù)嵌套調(diào)用斋扰,則會(huì)拉伸0x30渡八,保存 x29, x30 寄存器,16個(gè)字節(jié)传货。

int sum(int a, int b) {
    int c = 10;
    int d = 11;
    printf("%d",d);
    return a+b+c+d;
}
image.png

adrp : 基地址 + 偏移地址 獲取一個(gè)全局變量屎鳍。

函數(shù)嵌套調(diào)用2

int func(int a, int b) {
    int c = sum(10, 11);
    int e = sum(12, 13);
    return c+e;
}
或
int func(int a, int b) {
    int c = sum(a, b);
    int e = sum(a, b);
    return e;
}
image.png
匯編-代碼比對(duì)
最后編輯于
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