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逆向基础 OS-specific (一)
64章 传递参数的方法
64.1 cdcel 这种传递参数的方法在C/C++语言里面比较流行。 如下的代码片段所示，调用者反序地把参数压到栈中：最后一个参数，倒数第二个参数，第一个参数。调用者还必须在函数返回之后把栈指针（ESP）还原为初始状态。 Listing 64.1: cdecl push arg3 push arg2 push arg1 call function add esp, 12 ; returns ESP 64.2 stdcall 该调用方法与cdecl差不多，除了被调用者必须通过RET x指令代替RET指令将ESP指针设置为初始化状态，其中x = arguments number * sizeof(int)。调用者无需调整栈指针(ESP)。 Listing 64.2: stdcall push arg3 push arg2 push arg1 call function function: ... do something ... ret 12 这种调用方式在win32的标准库无处不在，但win64并不使用该调用方法（具体参见下文win64一节）。 举个例子，我们可以稍微把在91页中8.1的示例代码修改一下，增加一个__stdcall修饰符。 #!c
int __stdcall f2 (int a, int b, int c)
{ return a*b+c;
};编译出来的结果跟8.2几乎一模一样，但你可以看到它是通过RET 12而不是RET返回的。同时，调用者并没有调整栈指针(ESP)。 因此，很容易通过RETN n指令推导出函数参数的数量（n除以四）。 Listing 64.3: MSVC 2010 _a$ = 8 ; size = 4 _b$ = 12 ; size = 4 _c$ = 16 ; size = 4 _f2@12 PROC push ebp mov ebp, esp mov eax, DWORD PTR _a$[ebp] imul eax, DWORD PTR _b$[ebp] add eax, DWORD PTR _c$[ebp] pop ebp ret 12 ; 0000000cH _f2@12 ENDP ; ... push 3 push 2 push 1 call _f2@12 push eax push OFFSET $SG81369 call _printf add esp, 8 64.2.1 可变参数的函数 printf()系列的函数大概是C/C++里面唯一一系列具有可变参数的函数了，在这些函数的帮助下很容易理清cdecl和stdcall两种调用方式之间的重要区别。让我们先假设编译器知道每个调用printf()函数的参数的个数，无论如何，当我们调用printf()的时候，它已经存在于编译好的MSVCRT.DLL之中（我们讨论的是Windows），并没有任何关于传递多少个参数的信息，剩下的办法就是通过它的格式字符串获取得到参数个数。因此，如果printf()函数是一个stdcall调用方式的函数，它必须通过格式字符串计算参数个数用于恢复栈指针（ESP），这是一种相当危险的情况，程序员的一个错别字就可以导致程序崩溃。因此此类函数使用cdecl调用方式远比使用stdcall调用方式适合。 64.3 fastcall 这是一种将部分参数通过寄存器传入，其余参数通过栈方式传入的方法。它的执行效率在一些旧时CPU比cdecl/stdcall要好（因为小栈的压力）。然而，在现代的CPU中使用该调用方式不一定能获得更好的性能。 fastcall并没有一个标准化，因此不同的编译器的实现可以不同。这是一个众所周知的警告：如果你有两个DLL，其中第一个DLL调用第二个DLL的函数，它们是又分别不同的编译器使用fastcall调用方式编译出来的，则会有不可预期的后果。 MSVC和GCC两个编译器都是通过ECX和EDX来传递第一个和第二个参数，通过栈进行传递其余参数。栈指针必须被被调用者恢复为初始状态（与stdcall类似）。 Listing 64.4: fastcall push arg3 mov edx, arg2 mov ecx, arg1 call function function: .. do something .. ret 4 举个例子，我们可以稍微把8.1的示例代码修改一下，增加一个__fastcall修饰符。 #!c
int __fastcall f3 (int a, int b, int c)
{ return a*b+c;
};下面它编译出来的结果： Listing 64.5: Optimizing MSVC 2010 /Ob0 _c$ = 8 ; size = 4 @f3@12 PROC ; _a$ = ecx ; _b$ = edx mov eax, ecx imul eax, edx add eax, DWORD PTR _c$[esp-4] ret 4 @f3@12 ENDP ; ... mov edx, 2 push 3 lea ecx, DWORD PTR [edx-1] call @f3@12 push eax push OFFSET $SG81390 call _printf add esp, 8 我们可以看到被调用者使用RET N指令来调整栈指针（ESP）。这意味着，我们可以通过这条指令来推断出参数的个数。 64.3.1 GCC regparm 这是一种对fastcall调用方式的某种优化。使用-mregparm编译选项可以设置多少个参数是通过寄存器传递的（最大为3个）。因此，EAX，EDX和ECX寄存器将被使用。 当然，如果指定通过寄存器传参的参数数量小于三个的时候，并没有使用完这三个寄存器。 调用者需要把栈指针恢复为初始状态。 相关例子请参看(19.1.1)。 64.3.2 Watcom/OpenWatcom 编译器 在这里，它被成为“寄存器调用约定”，头四个参数通过EAX，EDX，EBX和ECX传递。其余参数通过栈传递。通过在函数名上添加下划线来区分那些不同的调用约定。 64.4 thiscall 这是C++里面传递this指针的成员函数调用约定。 在MSVC里面，this指针通过ECX寄存器来传递。 在GCC里面，this指针是通过第一个参数进行传递的。因此很明显，在所有成员函数里面都会多出一个额外的参数。 相关例子请查看（51.1.1）。 64.5 x86-64 64.5.1 Windows x64 在Win64里面传递函数参数的方法类似fastcall调用约定。前四个参数通过RCX，RDX，R8和R9寄存器传参，其余参数通过栈进行传递。调用者还必须预留32个字节或者4个64位的空间，让被调用者可以保存前四个参数。短函数可能直接使用通过寄存器传过来的值，但更大的可能是保存那些值后在进一步使用。 调用者还必须负责还原栈指针。 这个调用约定也用于Windows x86-64位系统上的DLL（而不是Win32的stdcall）。 例子 #!c
#include
void f1(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g)
{ printf ("%d %d %d %d %d %d %dn", a, b, c, d, e, f, g);
};
int main()
{ f1(1,2,3,4,5,6,7);
};Listing 64.6: MSVC 2012 /0b $SG2937 DB '%d %d %d %d %d %d %d', 0aH, 00H main PROC sub rsp, 72 ; 00000048H mov DWORD PTR [rsp+48], 7 mov DWORD PTR [rsp+40], 6 mov DWORD PTR [rsp+32], 5 mov r9d, 4 mov r8d, 3 mov edx, 2 mov ecx, 1 call f1 xor eax, eax add rsp, 72 ; 00000048H ret 0 main ENDP a$ = 80 b$ = 88 c$ = 96 d$ = 104 e$ = 112 f$ = 120 g$ = 128 f1 PROC $LN3: mov DWORD PTR [rsp+32], r9d mov DWORD PTR [rsp+24], r8d mov DWORD PTR [rsp+16], edx mov DWORD PTR [rsp+8], ecx sub rsp, 72 ; 00000048H mov eax, DWORD PTR g$[rsp] mov DWORD PTR [rsp+56], eax mov eax, DWORD PTR f$[rsp] mov DWORD PTR [rsp+48], eax mov eax, DWORD PTR e$[rsp] mov DWORD PTR [rsp+40], eax mov eax, DWORD PTR d$[rsp] mov DWORD PTR [rsp+32], eax mov r9d, DWORD PTR c$[rsp] mov r8d, DWORD PTR b$[rsp] mov edx, DWORD PTR a$[rsp] lea rcx, OFFSET FLAT:$SG2937 call printf add rsp, 72 ; 00000048H ret 0 f1 ENDP 在这里我们可以清楚看到这7个参数是如何传递的：4个参数通过寄存器传递而其余3个通过栈传递。f1()的反汇编代码一开始就把参数保存到“预留”的栈空间之中，这样做的目的是编译器并不能保证有足够的寄存器可以使用，如果不这样做的话这四个寄存器将被参数占用到函数执行结束。最后，预留栈空间是调用者的职责。 Listing 64.7: Optimizing MSVC 2012 /0b $SG2777 DB '%d %d %d %d %d %d %d', 0aH, 00H a$ = 80 b$ = 88 c$ = 96 d$ = 104 e$ = 112 f$ = 120 g$ = 128 f1 PROC $LN3: sub rsp, 72 ; 00000048H mov eax, DWORD PTR g$[rsp] mov DWORD PTR [rsp+56], eax mov eax, DWORD PTR f$[rsp] mov DWORD PTR [rsp+48], eax mov eax, DWORD PTR e$[rsp] mov DWORD PTR [rsp+40], eax mov DWORD PTR [rsp+32], r9d mov r9d, r8d mov r8d, edx mov edx, ecx lea rcx, OFFSET FLAT:$SG2777 call printf add rsp, 72 ; 00000048H ret 0 f1 ENDP main PROC sub rsp, 72 ; 00000048H mov edx, 2 mov DWORD PTR [rsp+48], 7 mov DWORD PTR [rsp+40], 6 lea r9d, QWORD PTR [rdx+2] lea r8d, QWORD PTR [rdx+1] lea ecx, QWORD PTR [rdx-1] mov DWORD PTR [rsp+32], 5 call f1 xor eax, eax add rsp, 72 ; 00000048H ret 0 main ENDP 如果我们使用了编译优化的开关去编译上面的例子，它的反汇编码几乎是相同的，但是预留的栈空间将不被使用，因为在这里并不需要使用到预留的栈空间。 而且可以看到MSVC 2012是如何利用LEA指令来优化代码（A.6.2）。 我也不确定是否值得这么做。 更多的例子请看（74.1） this指针的传递(C/C++) this指针通过RCX传递，成员函数的第一个参数通过RDX传递，更多例子请看（51.1.1）。 64.5.2 Linux x64 Linux x86-64传递参数的方式几乎和Windows一样。但是是通过6个寄存器代替4个寄存器来传参（RDI，RSI，RDX，RCX，R8，R9），另外并没有预留的栈空间这回事。虽然，如果它需要/想要的话，可以把寄存器的值保存到栈之中。 Listing 64.8: Optimizing GCC 4.7.3 .LC0: .string "%d %d %d %d %d %d %dn" f1: sub rsp, 40 mov eax, DWORD PTR [rsp+48] mov DWORD PTR [rsp+8], r9d mov r9d, ecx mov DWORD PTR [rsp], r8d mov ecx, esi mov r8d, edx mov esi, OFFSET FLAT:.LC0 mov edx, edi mov edi, 1 mov DWORD PTR [rsp+16], eax xor eax, eax call __printf_chk add rsp, 40 ret main: sub rsp, 24 mov r9d, 6 mov r8d, 5 mov DWORD PTR [rsp], 7 mov ecx, 4 mov edx, 3 mov esi, 2 mov edi, 1 call f1 add rsp, 24 ret 注意：这里的值是写入到32-bit的寄存器（EAX...）而不是整个64-bit寄存器（RAX...）。这是因为写入到32-bit寄存器的时候会自动清空高32-bit。据说，这是为了方便把代码移植到x86-64。 64.6 返回float和double类型的值 除了Win64之外，其它返回float和double类型的值都是通过FPU里面的ST(0)寄存器返回的。 在Win64里面，返回float和double类型的值是通过XMM0寄存器返回。 64.7 修改参数 有时候，C/C++程序员（虽然不仅仅是这些人）可能会问，如果他们碰巧修改了参数会怎样？答案非常简单，这些参数是保存在栈里面的，修改参数的时候是修改这个栈里面的内容，调用者并没有在被调用函数退出之后再使用它们（至少在我的实践中没有遇到这种情况）。 #!c
#include
void f(int a, int b)
{ a=a+b; printf ("%dn", a);
};Listing 64.9: MSVC 2012 _a$ = 8 ; size = 4 _b$ = 12 ; size = 4 _f PROC push ebp mov ebp, esp mov eax, DWORD PTR _a$[ebp] add eax, DWORD PTR _b$[ebp] mov DWORD PTR _a$[ebp], eax mov ecx, DWORD PTR _a$[ebp] push ecx push OFFSET $SG2938 ; '%d', 0aH call _printf add esp, 8 pop ebp ret 0 _f END 是的，可以随便修改参数。当然，这得它不是C++的引用（references）（51.3），而且你如果不修改通过指针指向的数据。那么修改参数是不会影响到当前函数的。 从理论上来讲，被调用者的函数返回之后，调用者可以获取并修改和使用它。如果它是直接使用汇编语言编写的。但C/C++并不提供任何方式可以访问它们。 64.8 使用指针的函数参数 ...更有意思的是，有可能在程序中，取一个函数参数的指针并将其传递给另外一个函数。 #!c
#include
// located in some other file
void modify_a (int *a);
void f (int a)
{ modify_a (&a); printf ("%dn", a);
};很难理解它是如果实现的，直到我们看到它的反汇编码： Listing 64.10: Optimizing MSVC 2010 $SG2796 DB '%d', 0aH, 00H _a$ = 8 _f PROC lea eax, DWORD PTR _a$[esp-4] ; just get the address of value in local stack push eax ; and pass it to modify_a() call _modify_a mov ecx, DWORD PTR _a$[esp] ; reload it from the local stack push ecx ; and pass it to printf() push OFFSET $SG2796 ; '%d' call _printf add esp, 12 ret 0 _f ENDP 传递到另一个函数是a在栈空间上的地址，该函数修改了指针指向的值然后再调用printf()来打印出修改之后的值。 细心的读者可能会问，使用寄存器传参的调用约定是如何传递函数指针参数的？ 这是一种利用了影子空间的情况，输入的参数值先从寄存器复制到局部栈中的影子空间，然后再讲这个地址传递给其他函数。 Listing 64.11: Optimizing MSVC 2012 x64 $SG2994 DB '%d', 0aH, 00H a$ = 48 f PROC mov DWORD PTR [rsp+8], ecx ; save input value in Shadow Space sub rsp, 40 lea rcx, QWORD PTR a$[rsp] ; get address of value and pass it to modify_a() call modify_a mov edx, DWORD PTR a$[rsp] ; reload value from Shadow Space and pass it to printf() lea rcx, OFFSET FLAT:$SG2994 ; '%d' call printf add rsp, 40 ret 0 f ENDP GCC同样将传入的参数存储在本地栈空间： Listing 64.12: Optimizing GCC 4.9.1 x64 .LC0: .string "%dn" f: sub rsp, 24 mov DWORD PTR [rsp+12], edi ; store input value to the local stack lea rdi, [rsp+12] ; take an address of the value and pass it to modify_a() call modify_a mov edx, DWORD PTR [rsp+12] ; reload value from the local stack and pass it to printf() mov esi, OFFSET FLAT:.LC0 ; '%d' mov edi, 1 xor eax, eax call __printf_chk add rsp, 24 ret ARM64的GCC也做了同样的事情，但这个空间称为寄存器保护区： f: stp x29, x30, [sp, -32]! add x29, sp, 0 ; setup FP add x1, x29, 32 ; calculate address of variable in Register Save Area str w0, [x1,-4]! ; store input value there mov x0, x1 ; pass address of variable to the modify_a() bl modify_a ldr w1, [x29,28] ; load value from the variable and pass it to printf() adrp x0, .LC0 ; '%d' add x0, x0, :lo12:.LC0 bl printf ; call printf() ldp x29, x30, [sp], 32 ret .LC0: .string "%dn" 顺便提一下，一个类似影子空间的使用在这里也被提及过（46.1.2）。 |
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