以前的堆栈变量

Question

我有这个问题，我在 C 中递归调用一个函数，而 C 是词法范围的，所以我只能访问当前的堆栈帧。我想从前一个堆栈帧中提取参数和局部变量，该堆栈帧是在当前堆栈帧上时在前一个函数调用下创建的

我知道上一次递归调用的值仍在堆栈中，但我无法访问这些值，因为它们被“埋”在活动堆栈框架下？

我想从上一个堆栈中提取参数和局部变量，并将它们复制到copy_of_buried_arg和copy_of_buried_loc；

要求使用内联汇编使用GAS来提取变量，这是我目前为止的，我尝试了一天，我似乎无法弄清楚，我在纸上画了堆栈并进行了计算但没有任何效果，我也尝试删除对 printf 的调用，这样堆栈会更干净，但我无法找出正确的算法。这是到目前为止的代码，我的函数在第二次迭代时停止

#include <stdio.h>

char glo = 97;   // just for fun 97 is ascii lowercase 'a'
int copy_of_buried_arg;
char copy_of_buried_loc;

void rec(int arg) {
  char loc;

  loc = glo + arg * 2; // just for fun, some char arithmetic
  printf("inside rec() arg=%d loc='%c'\n", arg, loc);

  if (arg != 0) {
    // after this assembly code runs, the copy_of_buried_arg and
    // copy_of_buried_loc variables will have arg, loc values from
    // the frame of the previous call to rec().
    __asm__("\n\
            movl 28(%esp), %eax #moving stack pointer to old ebp (pointing it to old ebp)\n\
            addl $8, %eax       #now eax points to the first argument for the old ebp \n\
            movl (%eax), %ecx   #copy the value inside eax to ecx\n\ 
            movl %ecx, copy_of_buried_arg   # copies the old argument\n\
    \n\

");

    printf("copy_of_buried_arg=%u copy_of_buried_loc='%c'\n",
       copy_of_buried_arg, copy_of_buried_loc);
  } else {
      printf("there is no buried stack frame\n");// runs if argument = 0 so only the first time
  }

  if (arg < 10) {
    rec(arg + 1);
  }
}

int main (int argc, char **argv) {
  rec(0);

  return 0;
}

Answer 1

我可以尝试提供帮助，但 GAS 中没有 Linux 或程序集。但是计算应该是类似的：

这是几次调用后的堆栈。典型的堆栈帧设置会创建堆栈帧的链表，其中 EBP 是当前堆栈帧，并指向其旧值用于前一个堆栈帧。

      +-------+
ESP-> |loc='c'|     <- ESP currently points here.
      +-------+
EBP-> |oldEBP |--+  <- rec(0)'s call frame
      +-------+  |
      |retaddr|  |  <- return value of rec(1)
      +-------+  |
      |arg=1  |  |  <- pushed argument of rec(1)
      +-------+  |
      |loc='a'|  |  <- local variable of rec(0)
      +-------+  |
   +--|oldEBP |<-+  <- main's call frame
   |  +-------+
   |  |retaddr|     <- return value of rec(0)
   |  +-------+ 
   |  |arg=0  |     <- pushed argument of rec(0)
   |  +-------+
  \|/ 
to main's call frame

这是由以下序列创建的：

1. 首先推送参数最后一个 arg。
2. 调用函数，推送返回地址。
3. 推送即将成为旧的 EBP，保留之前的堆栈帧。
4. 将 ESP（堆栈顶部，包含 oldEBP）移动到 EBP，创建新堆栈帧。
5. 为局部变量减去空间。

这对 32 位堆栈有影响，EBP+8 将始终是调用的第一个参数，EBP+12 第二个参数等。EBP-n 始终是局部变量的偏移量。

获取之前的loc 和arg 的代码是（在MASM 中）：

mov ecx,[ebp]              // get previous stack frame
mov edx,[ecx]+8            // get first argument
mov copy_of_buried_arg,edx // save it
mov dl,[ecx]-1             // get first char-sized local variable.
mov copy_of_buried_loc,dl  // save it

或者我对 GAS 的最佳猜测（我不知道，但知道它倒退到 MASM）：

movl (%ebp),ecx
movl 8(%ecx),edx
movl edx,copy_of_buried_arg
movb -1(%ecx),dl
movb dl,copy_of_buried_loc

在 Windows 上使用 VS2010 使用我的 MASM 输出您的代码：

inside rec() arg=0 loc='a'
there is no buried stack frame
inside rec() arg=1 loc='c'
copy_of_buried_arg=0 copy_of_buried_loc='a'
inside rec() arg=2 loc='e'
copy_of_buried_arg=1 copy_of_buried_loc='c'
inside rec() arg=3 loc='g'
copy_of_buried_arg=2 copy_of_buried_loc='e'
inside rec() arg=4 loc='i'
copy_of_buried_arg=3 copy_of_buried_loc='g'
inside rec() arg=5 loc='k'
copy_of_buried_arg=4 copy_of_buried_loc='i'
inside rec() arg=6 loc='m'
copy_of_buried_arg=5 copy_of_buried_loc='k'
inside rec() arg=7 loc='o'
copy_of_buried_arg=6 copy_of_buried_loc='m'
inside rec() arg=8 loc='q'
copy_of_buried_arg=7 copy_of_buried_loc='o'
inside rec() arg=9 loc='s'
copy_of_buried_arg=8 copy_of_buried_loc='q'
inside rec() arg=10 loc='u'
copy_of_buried_arg=9 copy_of_buried_loc='s'

Answer 2

使用我的编译器 (gcc 3.3.4) 我最终得到了这个：

#include <stdio.h>

char glo = 97;   // just for fun 97 is ascii lowercase 'a'
int copy_of_buried_arg;
char copy_of_buried_loc;

void rec(int arg) {
  char loc;

  loc = glo + arg * 2; // just for fun, some char arithmetic
  printf("inside rec() arg=%d loc='%c'\n", arg, loc);

  if (arg != 0) {
    // after this assembly code runs, the copy_of_buried_arg and
    // copy_of_buried_loc variables will have arg, loc values from
    // the frame of the previous call to rec().
    __asm__ __volatile__ (
            "movl 40(%%ebp), %%eax #\n"
            "movl %%eax, %0 #\n"
            "movb 31(%%ebp), %%al #\n"
            "movb %%al, %1 #\n"
            : "=m" (copy_of_buried_arg), "=m" (copy_of_buried_loc)
            :
            : "eax"
    );

    printf("copy_of_buried_arg=%u copy_of_buried_loc='%c'\n",
       copy_of_buried_arg, copy_of_buried_loc);
  } else {
      printf("there is no buried stack frame\n");// runs if argument = 0 so only the first time
  }

  if (arg < 10) {
    rec(arg + 1);
  }
}

int main (int argc, char **argv) {
  rec(0);

  return 0;
}

下面是相关部分的反汇编（用gcc file.c -S -o file.s获取）：

_rec:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        subl    $8, %esp
        movl    8(%ebp), %eax
        addl    %eax, %eax
        addb    _glo, %al
        movb    %al, -1(%ebp)
        subl    $4, %esp
        movsbl  -1(%ebp),%eax
        pushl   %eax
        pushl   8(%ebp)
        pushl   $LC0
        call    _printf
        addl    $16, %esp
        cmpl    $0, 8(%ebp)
        je      L2
/APP
        movl 40(%ebp), %eax #
movl %eax, _copy_of_buried_arg #
movb 31(%ebp), %al #
movb %al, _copy_of_buried_loc #

/NO_APP
        subl    $4, %esp
        movsbl  _copy_of_buried_loc,%eax
        pushl   %eax
        pushl   _copy_of_buried_arg
        pushl   $LC1
        call    _printf
        addl    $16, %esp
        jmp     L3
L2:
        subl    $12, %esp
        pushl   $LC2
        call    _printf
        addl    $16, %esp
L3:
        cmpl    $9, 8(%ebp)
        jg      L1
        subl    $12, %esp
        movl    8(%ebp), %eax
        incl    %eax
        pushl   %eax
        call    _rec
        addl    $16, %esp
L1:
        leave
        ret

那些与ebp（40 和 31）的偏移量最初被设置为任意猜测值（例如 0），然后通过观察反汇编和一些简单的计算来改进。

请注意，该函数在递归调用自身时使用额外的 12+4=16 字节的堆栈进行对齐和参数：

        subl    $12, %esp
        movl    8(%ebp), %eax
        incl    %eax
        pushl   %eax
        call    _rec
        addl    $16, %esp

返回地址也有4个字节。

然后该函数使用 4+8=12 字节存储旧的 ebp 及其局部变量：

_rec:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        subl    $8, %esp

因此，每次递归调用，堆栈总共会增长 16+4+12=32 个字节。

现在，我们知道如何通过ebp 获取本地的arg 和loc：

        movl    8(%ebp), %eax ; <- arg
        addl    %eax, %eax
        addb    _glo, %al
        movb    %al, -1(%ebp) ; <- loc

所以，我们只需在偏移量 8 和 -1 上加上 32，就可以得到 40 和 31。

做同样的事情，你会得到你的“隐藏”变量。