程序在內存中的存儲分爲三個區域,分別是動態數據區、靜態數據區和代碼區。函數存儲在代碼區,全局變量以及靜態變量存儲在靜態數據區,而在程序執行的時候纔會在動態數據區產生數據。程序執行的本質就是代碼區的指令不斷執行,驅使動態數據區和靜態數據區產生數據變化。
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代碼區與動態數據區由三個寄存器控制,分別是eip、ebp和esp。eip指向代碼區下一個要執行的指令,ebp與esp分別指向動態數據區的棧底和棧頂。初始狀況下eip默認指向main函數的第一條指令,esp、ebp指向的位置由程序加載時內核的設置決定。
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咱們看一下這段代碼如何執行的,在執行第一條指令時,考慮到函數調用的問題,ebp會先把當前指向的地址記錄到棧中,方便之後返回來繼續執行。把地址壓進棧時,esp就會自動往棧頂方向移動。說到這裏,爲避免混淆先科普一下什麼是棧頂和棧底,棧只容許在一端作插入和刪除操做,這一端就叫棧頂,而另外一端叫作棧底,圖中下方叫棧頂,上方叫棧底。esp永遠在棧頂,也就是圖的最下方。
函數
因爲esp指向的地址已經被記錄,那麼它就被空閒出來了。如今咱們開始構建main函數的棧,空閒的esp幫忙看着main函數的棧底。這個時候esp與ebp是重疊的。
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eip繼續指向下一條指令,到了局部變量i的初始化,這裏將i賦值爲4,就將i的初始值壓到棧中,esp繼續往棧頂移動。下一條指令與本條相同,將局部變量j也壓入棧中,如圖所示。
設計
接下來調用了fun函數,雖然fun函數是獨立的函數,可是因爲是在main函數中調用的,因此依然將數據壓至main函數的棧中。fun函數的傳入參數爲i、j,可是入棧的順序正好相反,b先入棧,而後a被壓入棧中,如圖所示。
3d
接下來要跳轉到fun函數了,在跳轉以前,咱們要先給fun函數的返回值留個位置,由於要賦值給局部變量m的。而後再將fun函數的返回地址壓入棧中,方便執行完fun函數後能繼續往下執行。最後再把ebp當前的地址值壓入棧中,此時ebp指向的是main函數的棧底(若是這裏不作保存,fun函數執行完ebp就回不去了)。
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接下來就正式進入了fun函數,像第一次保存完地址值那樣,ebp又被閒置了,因此讓ebp守住fun函數的棧底。而局部變量b與c的賦值就再也不多說,與main函數的執行過程相同,當走到了return時,將計算出的結果賦值寫入到剛空出的返回值那裏。
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此時的fun函數就執行完畢了,咱們要恢復main函數調用fun函數的現場,繼續往下執行,要想往下執行,必須將ebp回到main函數的棧底,而且找到fun函數返回的位置,而後跳轉到那裏。很簡單,因爲剛纔保存了ebp的地址值,因此將地址值賦值給ebp,ebp就指向了main函數的棧底。
圖片
ebp的地址值出棧後,esp就指向了fun函數的返回地址,經過執行ret指令,把該地址值傳給eip,使eip指向fun函數執行後的返回地址。
ip
這樣就恢復了現場,而後把fun函數的返回值傳遞給m,此時局部變量b、a和返回值已經沒有價值了,把它們清出棧,如今就剩下乾乾淨淨的棧內容了。
如今執行最後一步,main函數就結束了,此時局部變量i、j也沒有任何做用,作清棧操做,清理出乾淨的棧空間。
以上即是一個簡單C程序的運行時結構。本文總結於新設計團隊的《編譯系統透視:圖解編譯原理》,圖侵刪。
轉自:https://www.cnblogs.com/enochzzg/p/10693530.html