爲什麼堆棧中的元素的地址在ubuntu64中相反？

Question

我編寫一個簡單的程序來打印出的元素的地址堆輸出

#include <stdio.h> 
#include <memory.h> 
void f(int i,int j,int k) 
{ 
    int *pi = (int*)malloc(sizeof(int)); 
    int a =20; 
    printf("%p,%p,%p,%p,%p\n",&i,&j,&k,&a,pi); 
} 

int main() 
{ 
    f(1,2,3); 
    return 0; 
} 

：（在ubuntu64，意想不到）

0x7fff4e3ca5dc,0x7fff4e3ca5d8,0x7fff4e3ca5d4,0x7fff4e3ca5e4,0x2052010 

輸出：（在ubuntu32，如預計）

0xbf9525f0,0xbf9525f4,0xbf9525f8,0xbf9525d8,0x931f008 

ubuntu64環境：

$uname -a 
Linux 3.8.0-26-generiC#38-Ubuntu SMP Mon Jun 17 21:43:33 UTC 2013 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux 
$gcc -v 
Target: x86_64-linux-gnu 
gcc version 4.8.1 (Ubuntu 4.8.1-2ubuntu1~13.04) 

根據上述圖，即越早元件一直推到堆棧中，較高地址它將定位， 並且如果使用調用約定的cdecl，最右端的參數將是首先推入堆棧。 局部變量應該推到壓入堆棧後的參數

但輸出ubuntu64反轉預期：

the address of k is :0x7fff4e3ca5d4 //<---should have been pushed to the stack first 
the address of j is :0x7fff4e3ca5d8 
the address of i is :0x7fff4e3ca5dc 
the address of a is :0x7fff4e3ca5e4 //<---should have been pushed to the stack after i,j,k 

任何關於它的想法？

Answer 1

儘管已經爲兩種體系結構定義了明確的ABI，但編譯器並不保證這是受到尊重的。你可能會奇怪爲什麼，原因通常是的表現。因爲應用程序需要訪問內存以檢索它們，所以將變量傳遞到堆棧中比使用寄存器在速度上更昂貴。這種習慣的另一個例子是編譯器如何使用EBP/RBP寄存器。 EBP/RBP應該是包含幀指針的寄存器，即棧基地址。堆棧基址寄存器允許輕鬆訪問局部變量。然而，幀指針寄存器通常用作提高性能的通用寄存器。這避免了保存，設置和恢復幀指針的指示;它也在許多功能中提供了一個額外的寄存器，在X86_32體系結構中特別重要，通常這些體系結構中的程序都渴望寄存器。主要缺點是在某些機器上調試不可能。有關更多信息，請查看gcc的-fomit-frame-pointer選項。

x86_32和x86_64之間的調用函數有很大不同。最相關的區別是，x86_64嘗試使用通用寄存器來傳遞函數參數，並且只有當沒有可用寄存器或參數大於80字節時，纔會使用堆棧。

我們開始從x86_32 ABI，我稍微改變了你的例子：

#include <stdio.h> 
#include <stddef.h> 
#include <stdint.h> 

#if defined(__i386__) 
    #define STACK_POINTER "ESP" 
    #define FRAME_POINTER "EBP" 
#elif defined(__x86_64__) 
    #define STACK_POINTER "RSP" 
    #define FRAME_POINTER "RBP" 
#else 
    #error Architecture not supported yet!! 
#endif 

void foo(int i,int j,int k) 
{ 
    int a =20; 
    uint64_t stack=0, frame_pointer=0; 

    // Retrieve stack 
asm volatile( 
#if defined (__i386__) 
        "mov %%esp, %0\n" 
        "mov %%ebp, %1\n" 
#else 
        "mov %%rsp, %0\n" 
        "mov %%rbp, %1\n" 
#endif 
        : "=m"(stack), "=m"(frame_pointer) 
       : 
       : "memory"); 
    // retrieve paramters x86_64 
#if defined (__x86_64__) 

    int i_reg=-1, j_reg=-1, k_reg=-1; 

asm volatile ("mov %%rdi, %0\n" 
       "mov %%rsi, %1\n" 
       "mov %%rdx, %2\n" 
       : "=m"(i_reg), "=m"(j_reg), "=m"(k_reg) 
       : 
       : "memory"); 
#endif 

    printf("%s=%p %s=%p\n", STACK_POINTER, (void*)stack, FRAME_POINTER, (void*)frame_pointer); 
    printf("%d, %d, %d\n", i, j, k); 
    printf("%p\n%p\n%p\n%p\n",&i,&j,&k,&a); 


#if defined (__i386__) 
     // Calling convention c 
     // EBP --> Saved EBP 
     char * EBP=(char*)frame_pointer; 
     printf("Function return address : 0x%x \n",  *(unsigned int*)(EBP +4)); 
     printf("- i=%d &i=%p \n",*(int*)(EBP+8) , EBP+8); 
     printf("- j=%d &j=%p \n",*(int*)(EBP+ 12), EBP+12); 
     printf("- k=%d &k=%p \n",*(int*)(EBP+ 16), EBP+16); 
#else 
     printf("- i=%d &i=%p \n",i_reg, &i ); 
     printf("- j=%d &j=%p \n",j_reg, &j ); 
     printf("- k=%d &k=%p \n",k_reg ,&k ); 
#endif 
} 

int main() 
{ 
    foo(1,2,3); 
    return 0; 
} 

ESP寄存器正在由富指向堆棧的頂部。 EBP寄存器充當「基址指針」。所有參數都以相反順序推入堆棧。 main傳遞給foo的參數和foo中的局部變量都可以被引用爲基指針的偏移量。調用foo後，堆棧應該如下所示：。

假設編譯器正在使用堆棧指針，我們可以通過將4個字節的偏移量加到EBP寄存器來訪問函數參數。請注意，第一個參數位於偏移量8，因爲指令指令會在堆棧中壓入調用者函數的返回地址。

printf("Function return address : 0x%x \n",  *(unsigned int*)(EBP +4)); 
    printf("- i=%d &i=%p \n",*(int*)(EBP+8) , EBP+8); 
    printf("- j=%d &j=%p \n",*(int*)(EBP+ 12), EBP+12); 
    printf("- k=%d &k=%p \n",*(int*)(EBP+ 16), EBP+16); 

這或多或少是如何將參數傳遞給x86_32中的函數的。

在x86_64中有更多的寄存器可用，使用它們來傳遞函數的參數是有意義的。 x86_64 ABI可以在這裏找到：http://www.uclibc.org/docs/psABI-x86_64.pdf。調用約定從第14頁開始。

首先將參數分爲幾類。每個參數的類決定了它傳遞給被調用函數的方式。其中一些最相關的是：

• INTEGER該類由整型類型組成，可以裝入 通用寄存器之一。例如（int，long，bool）
• SSE該類由可插入SSE寄存器的類型組成。 （浮點數，雙精度）
• SSEUP該類由一些類型組成，這些類型可以插入到SSE寄存器中，並且可以在最重要的一半中傳遞並返回 。 （float_128，__m128，__ m256）
• NO_CLASS該類用作 算法中的初始值設定項。它將用於填充和空的結構和聯合。
• MEMORY該類包括將被傳遞，並經由棧存儲器 返回類型（結構類型）

一旦參數被分配給一個類，它是按照 傳遞給函數這些規則：

• MEMORY，傳遞堆棧上的參數。
• INTEGER，使用序列％rdi，％rsi，％rdx，％rcx，％r8和％r9的下一個可用寄存器。
• SSE，使用下一個可用的SSE寄存器，寄存器按從％xmm0到％xmm7的順序記錄。
• SSEUP，八個字節在最後使用的SSE寄存器的上半部分傳遞。

如果沒有寄存器可用於任何參數的八個字節，則整個 參數將傳遞到堆棧上。如果寄存器已經被分配了一些這樣的參數的8個字節，那麼分配被恢復。一旦分配了寄存器，傳遞到內存中的參數將以相反的順序壓入堆棧。

由於您傳遞的是int變量，參數將被插入到通用寄存器中。

​​

所以，你可以找回他們，我們下面的代碼：

#if defined (__x86_64__) 

    int i_reg=-1, j_reg=-1, k_reg=-1; 

asm volatile ("mov %%rdi, %0\n" 
       "mov %%rsi, %1\n" 
       "mov %%rdx, %2\n" 
       : "=m"(i_reg), "=m"(j_reg), "=m"(k_reg) 
       : 
       : "memory"); 
#endif 

我希望我已經明確。

總之，

爲什麼在堆棧元素的地址在ubuntu64反轉？

因爲它們沒有存儲到堆棧中。您以這種方式檢索到的地址是調用者函數的局部變量的地址。

Answer 2

對於如何將參數傳遞給函數，以及它們在堆棧中（或寄存器或共享內存中）的位置絕對沒有限制。編譯器需要以調用者和被調用者達成一致的方式傳遞變量。除非您強制使用特定的調用約定（用於鏈接使用不同編譯器編譯的代碼），否則，除非硬件支持ABI - 否則不能保證。