從C語言中的函數(shù)調(diào)用過程理解計算機(jī)執(zhí)行原理

本文是Mooc <Linxu操作系統(tǒng)分析>課程第一次作業(yè).
姓名:石維康
轉(zhuǎn)載請注明出處.
經(jīng)過簡單的數(shù)字修改,需要編譯的C語言代碼如下:
int g(int x)
{
return x + 2;
}

int f(int x)
{
return g(x);
}

int main(void)
{
return f(5) + 4;
}
編譯后生成的匯編代碼如下所示:

Screen Shot 2016-02-27 at 8.02.50 PM.png

生成的完整匯編代碼如下:

g:
  pushl   %ebp
  movl    %esp, %ebp
  movl    8(%ebp), %eax
  addl    $2, %eax
  popl    %ebp
  ret
f:
  pushl   %ebp
  movl    %esp, %ebp
  subl    $4, %esp
  movl    8(%ebp), %eax
  movl    %eax, (%esp)
  call    g
  leave
  ret
main:
  pushl   %ebp
  movl    %esp, %ebp
  subl    $4, %esp
  movl    $5, (%esp)
  call    f
  addl    $4, %eax
  leave
  ret

完整截圖(對應(yīng)匯編代碼函數(shù)):

匯編代碼

與視頻中采用相同約定,假設(shè)初始esp= ebp =0.
先進(jìn)入main函數(shù)執(zhí)行到call f后,esp=3,ebp=1,堆棧目前的情況
              編號   內(nèi)容
              | --- | --- |
ebp           |  1 |   0  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  2  |  5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
esp           |  3 |   23 |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  4 |      |
              | --- | --- |


進(jìn)入f函數(shù),執(zhí)行到call g后,堆棧如下

ebp=4


              | --- | --- |
              |  1 |   0  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  2  |  5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  3 |   23 |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
 ebp->        |  4 |   1  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  5 |   5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
esp->         |  6 |   14 |
              | --- | --- |


 進(jìn)入g函數(shù)執(zhí)行運(yùn)算,執(zhí)行到addl  $2, %eax 這句. eax=5+2=7



              | --- | --- |
              |  1 |   0  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  2  |  5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  3 |   23 |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  4 |   1  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  5 |   5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  6 |   15 |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
esp,ebp->     |  7  |  4  |
              | --- | --- |

在g函數(shù)值中,在eip指向ret語句時(即執(zhí)行完popl %ebp),堆棧如下:
              | --- | --- |
              |  1 |   0  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  2  |  5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  3 |   23 |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
ebp->         |  4 |   1  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  5 |   5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
esp->         |  6 |   15 |
              | --- | --- |

ret 后 eip=15,堆棧變成如下:

              | --- | --- |
              |  1 |   0  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  2  |  5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  3 |   23 |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
ebp->         |  4 |   1  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
esp->         |  5 |   5  |
              | --- | --- |

f中的leave執(zhí)行完之后:

              | --- | --- |
ebp->         |  1 |   0  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
              |  2  |  5  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
esp->         |  3 |   23 |
              | --- | --- |

執(zhí)行f中的ret后,eip=23,eax=7:
              | --- | --- |
ebp->         |  1 |   0  |
              | --- | --- |
              | --- | --- |
esp->         |  2  |  5  |
              | --- | --- |
執(zhí)行main中的leave后,堆棧如下,eax=11,esp=ebp=0:
ebp,esp->     | --- | --- |
              |  1 |   0  |
              | --- | --- |

回到初始態(tài).

我對計算機(jī)執(zhí)行程序的理解:
計算機(jī)只是機(jī)械的從PC指針指向的位置取指令并解析執(zhí)行.而數(shù)據(jù)與指令都是以二進(jìn)制形式進(jìn)行存儲.
在C語言層面上的函數(shù)調(diào)用與返回的語義,在x86層面上是通過call指令與ret指令來完成.

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