C语言在ARM中函数调用时，栈是如何变化的？
时间：2021-12-08 17:21:48
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[导读]为什么会写篇栈变化的文章？做系统分析的话你肯定遇到过一些crash,oops等棘手问题，一般大家都会用gdb,objdump或者addr2line等工具分析pc位置来定位出错的地方。但是这些分析工具背后的本质原理就不见得理解深刻了，而且有的时候面对一系列backtrace或者st...
为什么会写篇栈变化的文章？做系统分析的话你肯定遇到过一些crash, oops等棘手问题，一般大家都会用 gdb, objdump 或者 addr2line等工具分析 pc 位置来定位出错的地方。但是这些分析工具背后的本质原理就不见得理解深刻了，而且有的时候面对一系列 backtrace 或者 stack 日志处于懵逼的状态。
今天和大家一起看下面对 crash 日志的时候，如何利用 stack 来分析其变化的来龙去脉。
Arm指令集介绍崇尚简单粗暴的介绍方式，我们直接来看各个寄存器的大体用法，详细用法可百度，不，谷歌。
演示代码假如现在你已经掌握了 arm 指令的用法，即便没有掌握也没关系，“书到用时回头翻”。这里以一段简单的 c 语言为例：
图解栈的变化过程如何能让读者接受吸收的更快，我一直觉得按照学习效率来讲的话顺序应该是视频，图文，文字。反正我是比较喜欢视频类的教学。这里给大家画下栈变化的过程是什么样子的。这里的图是结合上面的代码来画的，希望有助于读者的理解。
1.程序在内存分布区域
2.全局变量m赋值
3.保存进入main之前的栈底, fp-sp之间是当前函数栈
4.函数main的栈已经准备好了
5.i入栈
6.j入栈
7.准备函数fun的调用, 形参反向入栈 先形参b入栈
8.形参a入栈
9.留空一个地址作为fun返回值, 待后面返回时填入
10.fun返回地址入栈, 通常是main函数当前pc指针的下一个
11.main函数的栈底地址入栈
12.pc指针跳转fun代码
13.c入栈
14.可以看到函数fun的数据 形参a,b 在上一层函数的栈中. 一部分在自己的栈上. 此步取值到加法器中进行加法运算,再赋值给c
15.c赋给返回值,填入上面的留空位置
16.栈底恢复上一层
17.lr赋值给pc, 实现了跳转
18.返回值赋值给全局变量m
19.前面函数调用的形参已经无用,回滚sp
20.函数返回,清理main的栈空间
总结这么多图有没有看花？相信到这里你已经了解了栈背后的来龙去脉，下一篇我们一起根据实际的 stack 错误案例剖析错误的可能性。
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今天和大家一起看下面对 crash 日志的时候，如何利用 stack 来分析其变化的来龙去脉。
Arm指令集介绍崇尚简单粗暴的介绍方式，我们直接来看各个寄存器的大体用法，详细用法可百度，不，谷歌。
1. r0-r3 用作传入函数参数，传出函数返回值。在子程序调用之间，可以将 r0-r3 用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r0-r3。---如果调用函数需要再次使用 r0-r3 的内容，则它必须保留这些内容。2. r4-r11 被用来存放函数的局部变量。如果被调用函数使用了这些寄存器，它在返回之前必须恢复这些寄存器的值。r11 是栈帧指针 fp。3. r12 是内部调用暂时寄存器 ip。它在过程链接胶合代码（例如，交互操作胶合代码）中用于此角色。在过程调用之间，可以将它用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r12。4. 寄存器 r13 是栈指针 sp。它不能用于任何其它用途。sp 中存放的值在退出被调用函数时必须与进入时的值相同。5. 寄存器 r14 是链接寄存器 lr。如果您保存了返回地址，则可以在调用之间将 r14 用于其它用途，程序返回时要恢复6. 寄存器 r15 是程序计数器 pc。它不能用于任何其它用途。
演示代码假如现在你已经掌握了 arm 指令的用法，即便没有掌握也没关系，“书到用时回头翻”。这里以一段简单的 c 语言为例：
#include
int m = 8;int fun(int a,int b){ int c = 0; c = a b; return c;}int main(){ int i = 4; int j = 5; m = fun(i, j); return 0;}编译一下，然后反汇编：$ arm-linux-gnueabi-gcc main.c -o main $ arm-linux-gnueabi-objdump -D -D main
00010400 : 10400: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!) 10404: e28db000 add fp, sp, #0 10408: e24dd014 sub sp, sp, #20 1040c: e50b0010 str r0, [fp, #-16] 10410: e50b1014 str r1, [fp, #-20] ; 0xffffffec 10414: e3a03000 mov r3, #0 10418: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 1041c: e51b2010 ldr r2, [fp, #-16] 10420: e51b3014 ldr r3, [fp, #-20] ; 0xffffffec 10424: e0823003 add r3, r2, r3 10428: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 1042c: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8] 10430: e1a00003 mov r0, r3 10434: e24bd000 sub sp, fp, #0 10438: e49db004 pop {fp} ; (ldr fp, [sp], #4) 1043c: e12fff1e bx lr
00010440 : 10440: e92d4800 push {fp, lr} 10444: e28db004 add fp, sp, #4 10448: e24dd008 sub sp, sp, #8 1044c: e3a03004 mov r3, #4 10450: e50b300c str r3, [fp, #-12] 10454: e3a03005 mov r3, #5 10458: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 1045c: e51b1008 ldr r1, [fp, #-8] 10460: e51b000c ldr r0, [fp, #-12] 10464: ebffffe5 bl 10400 10468: e1a02000 mov r2, r0 1046c: e59f3010 ldr r3, [pc, #16] ; 10484 10470: e5832000 str r2, [r3] 10474: e3a03000 mov r3, #0 10478: e1a00003 mov r0, r3 1047c: e24bd004 sub sp, fp, #4 10480: e8bd8800 pop {fp, pc} 10484: 00021024 andeq r1, r2, r4, lsr #32图解栈的变化过程如何能让读者接受吸收的更快，我一直觉得按照学习效率来讲的话顺序应该是视频，图文，文字。反正我是比较喜欢视频类的教学。这里给大家画下栈变化的过程是什么样子的。这里的图是结合上面的代码来画的，希望有助于读者的理解。
1.程序在内存分布区域
2.全局变量m赋值
3.保存进入main之前的栈底, fp-sp之间是当前函数栈
4.函数main的栈已经准备好了
5.i入栈
6.j入栈
7.准备函数fun的调用, 形参反向入栈 先形参b入栈
8.形参a入栈
9.留空一个地址作为fun返回值, 待后面返回时填入
10.fun返回地址入栈, 通常是main函数当前pc指针的下一个
11.main函数的栈底地址入栈
12.pc指针跳转fun代码
13.c入栈
14.可以看到函数fun的数据 形参a,b 在上一层函数的栈中. 一部分在自己的栈上. 此步取值到加法器中进行加法运算,再赋值给c
15.c赋给返回值,填入上面的留空位置
16.栈底恢复上一层
17.lr赋值给pc, 实现了跳转
18.返回值赋值给全局变量m
19.前面函数调用的形参已经无用,回滚sp
20.函数返回,清理main的栈空间
总结这么多图有没有看花？相信到这里你已经了解了栈背后的来龙去脉，下一篇我们一起根据实际的 stack 错误案例剖析错误的可能性。
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