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CPU阿甘:函数调用的秘密
我也是从无数的指令中悟出这个函数调用的秘密的, 所以慢慢来,不要急。 放松心情, 慢慢的品味, 你可能需要多看几遍才能明白。
但是你一旦理解了,绝对物超所值,因为你会了解到汇编,寄存器,指针,以及他们在一起到底是怎么工作的。
然后Linux老大就会告诉我程序的入口点, 其实就是第一条指令的存放地址, 我就打电话问内存要这个指令, 取到指令以后就开始执行。这些指令当中无非有这么几类:1. 把数据从内存加载我的寄存器里什么? 你不知道啥是寄存器? 寄存器就是我内部的一个临时的数据存储空间了2. 对寄存器的数据进行运算, 例如把两个寄存器的数加起来3. 把我寄存器的数据再写到内存里
但是我一旦遇到像这样的指令。 "把寄存器ebp的值压到栈里去“我就知道好戏要上场了, 函数调用就会开始。
我们这些x86体系的机器有个特点,就是每个函数调用都会创建一个所谓的“帧”
哈哈, 不要被这些术语吓坏, 其实帧也就是我哥们内存中的一段连续的空间而已。像这样:
内存经常向我抱怨: "阿甘,你知道吗, 每次我看到这个栈, 都有一种真气逆行的感觉, 半天都调整不过来 "
但内存不知道, 我有一个叫ebp的特殊寄存器, 一直会指向当前函数在一个栈的开始地址。 我还有另外一个特殊寄存器,叫做esp , 他会随着指令的运行,指向函数帧的最后的地址, 像这样:
"把esp的值赋给ebp"
注意, 我们每次操作的是4个字节,所以原来esp 的地址是804, 现在变成了800我又问内存要下一条指令:"把esp 的值减去24”
这其实就相当于把 x 的指针 &x和 y 的指针 &y ,放到了特定的地方, 准备着要做什么事情 , 可能要调用函数了。
所以,所谓的指针就是地址而已。
我猜程序员写的代码应该是这样:int x = 10;int y = 20;int sum= add(&x, &y); 接下来的指令是这样:“调用函数 add”我看到这样的函数就需要特别小心, 因为我必须要找到 add函数返回以后的那条指令的地址, 把它也压到栈里去。int x = 10;int y = 20;int sum = add(&x, &y); printf("the sum is %d\n",sum); 假设这条指令的地址是100
"把esp的值赋给ebp""把寄存器ebx的值压入栈”你看每个函数的开始指令都是这样, 我猜这应该是一种约定吧这里额外把ebx这个寄存器压入栈, 是因为ebx可能被上个函数使用, 但是在add函数中也会用 , 为了不破坏之前的值, 只有先委屈一下暂时放到内存里吧。
“把ebp 加12的数据取出来放到 ecx 寄存器” (ebp+12 不就是地址780嘛, 其中存放的是&y的地址)
注意啊, 现在edx的值是796, ecx的值是792 , 但他们仍然不是真正的数据, 而是指针(地址)!
“把edx 指向的内存地址(796)的数据取出来,放到ebx 寄存器”
“把ecx 指向的内存地址(792)的数据取出来,放到eax寄存器”
此时此刻, 终于取到了真正的值, ebx = 10, eax = 20你晕了没有? 如果你到此已经晕了, 建议你再读一遍。 我想源代码应该非常的简单,就是这样:int add(int *xp , int *yp){ int x = *xp; int y = *yp; ....}
搞定了,看着很复杂, 其实看透了也挺简单吧。 函数调用,关键就是(1)把参数和返回地址准备好, (2)然后大家都遵循约定, 每次新函数都要建立新的函数帧: "把寄存器ebp的值压到栈里去“ "把esp的值赋给ebp"(3) 函数调用完了, 重置 ebp 和esp ,让他们重新指向调用着的栈帧。
好了,今天就到此为止 , 把我也累坏了, 主人又要关机了, 留一个问题吧:
C语言编译,链接以后直接就是机器码, 那函数调用的操作都是上面讲的。 但是对于Python, Ruby 这样的解释型语言, 或者对于java 这样的有虚拟机的语言, 他们的函数调用是什么样的? 和上面讲的有什么关系?