最近忙了一阵，好几天没更了，不好意思，我来晚了。
转入正题，当在汇编中进行函数调用，是一种什么样的体验？
想象
想象你在计算一个非常复杂的数学题，在算到一半的时候，你需要一个数据，而这个数据需要套用一个比较复杂的公式才能算出来，怎么办？
你不得不把手中的事情停下来，先去套公式、代入数值然后…最后，算出结果来了。
这时候你继续开始攻克这个困难题目的剩下部分。
用脑子想
刚刚说的这个过程，可能有点小问题，尤其是对脑子不太好使的人来说。想象你做题目做到一半的时候，记忆力已经有点不好使了，中间突然停下来去算一个复杂的公式，然后回来，诶？我刚刚算到哪了？我刚刚想到哪了？我刚刚算了些什么结果？
在你工作切换的时候，很容易回头来就忘记了刚刚做的部分事情。这时候，为了保证你套完复杂的公式，把结果拿回来继续算题目的时候不会出差错，你需要把刚才计算题目过程中的关键信息写在纸上。
用CPU想
刚刚去套用一个复杂的公式计算某个数据的情景，就类似在计算机里进行函数调用的情景。
程序需要一个结果，这个结果需要通过一个比较复杂的过程进行计算。这时候，编程人员会考虑将这个独立的复杂过程提取为单独的函数。
而在发生函数调用的时候，CPU就像是先暂停当前所做的事情，转去做那个复杂的计算，算完了之后又跳回来继续整个计算。就像你做题的过程中去套了一个公式计算数据一样。
但是在去套用公式之前，你需要做一些准备。首先，默默记下现在这个题目算到哪一步了，一会套完公式回来接着做；默默记下现在计算出来的一些结果，一会可能还会用到；套用公式需要些什么数据，先记下来，代公式的时候直接代入计算，算出来的结果也需要记在脑子里，回头需要使用。
在CPU里面，也需要这几个过程。
第一个，记下自己现在做事情做到哪里了，一会儿套完公式回来接着做，这也就是CPU在进行函数调用时的现场保存操作，CPU也需要记下自己当前执行到哪里了。
默默记下一些在套用公式的时候需要用到的数据，然后去套公式了。这也就是程序中在调用函数的时候进行参数传递的过程。
然后开始执行函数，等函数执行完了，就需要把结果记下来，回去继续刚才要用到数据的那个地方继续算。这也就是函数调用后返回的动作，这个记下的结果就是返回值。
开撸
说了那么多故事，那么函数调用要干些啥应该就说清楚了。总结一下大概就这么几个事：
保存现场（一会好回来接着做）
传递参数（可选，套公式的时候需要些什么数据）
返回（把计算结果带回来，接着刚才的事）
到这里，我们先来一个事例代码，就着代码去发现函数调用中的套路：
1 | main |
首先，运行程序，得到结果：3。
上面的代码其实也比较简单，先从主干main这个地方梳理：
- 让eax和ebx的值都为0
- 调用eax_plus_1s，再调用eax_plus_1s
- 调用ebx_plus_1s
- 执行eax = eax + ebx
上述的两个函数也非常简单，分别就是给eax和ebx加了1。所以，这个程序其实也就是换了个花样给寄存器增加1而已，纯粹演示。
这里出现了一个陌生指令call，这个指令是函数调用专用的指令，从程序的行为上看应该是让程序的执行流程发生跳转。前面说到了跳转指令jmp，这里是call，这两个指令都能让CPU的eip寄存器发生突然变化，然后程序就一下子跳到别的地方去了。但是这两个有区别：
很简单，jmp跳过去了就不知道怎么回来了，而通过call这种方式跳过去后，是可以通过ret指令直接回来的
那这是怎么做到的呢？
其实，在call指令执行的时候，CPU进行跳转之前还要做一个事情，就是把eip保存起来，然后往目标处跳。当遇到ret指令的时候，就把上一次call保存起来的eip恢复回来，我们知道eip直接决定了CPU会执行哪里的代码，当eip恢复的时候，就意味着程序又会到之前的位置了。
一个程序免不了有很多次call，那这些eip的值都是保存到哪里的呢？
有一个地方叫做“栈(stack)”，是程序启动之前，由操作系统指定的一片内存区域，每一次函数调用后的返回地址都存放在栈里面
好了，我们到这里，就明白了函数调用大概是怎么回事了。总结起来就是：
本质上也是跳转，但是跳到目标位置之前，需要保存“现在在哪里”的这个信息，也就是eip
整个过程由一条指令call完成
后面可以用ret指令跳转回来
call指令保存eip的地方叫做栈，在内存里，ret指令执行的时候是直接取出栈中保存的eip值，并恢复回去达到返回的效果
何为栈？
前面说到call指令会先保存eip的值到栈里面，然后就跳转到目标函数中去了。
这都好说，但是，如果是我在函数里面调用了一个函数，在这个函数里面又调用了一个函数，这个eip是怎么保存来保证每一次都能正确的跳回来呢？
好的，这个问题才是关键，这也说到了栈这样一个东西，我们先来设想一些场景，结合实际代码理解一下CPU所对应的栈。
首先，这个栈和数据结构中的栈是不一样的。数据结构中的栈是通过编程语言来形成程序执行逻辑上的栈。而这里的栈，是CPU内硬件实现的栈。当然了，两者在逻辑上都差不多的。
在这里，先回想一下数据结构中基于数组实现的栈。里面最关键的就是需要一个栈顶指针（或者是一个索引、下标），每次放东西入栈，就将指针后移，每一次从栈中取出东西来，就将指针前移。
到这里，我们先从逻辑上分析下CPU在发生函数调用的过程中是如何使用栈的。
假设现在程序处在一个叫做level1的位置，并调用了函数A，在调用的跳转发生之前，会将当前的eip保存起来，这时候，栈里面就是这样的：
1 | ---------- <= top |
现在，程序处在level2的位置，又调用了函数B，同样，也会保存这次的eip进去：
1 | ---------- <= top |
再来，程序这次处在level3，调用了C函数，这时候，整个栈就是这样的：
1 | ---------- <= top |
好了，这下程序执行到了ret，会发生什么事，是不是就回到level3了？在level3中再次执行ret，是不是就回到level2了？以此类推，最终，程序就能做到一层层的函数调用和返回了。
实际的CPU中
在实际的CPU中，上述的栈顶top也是由一个寄存器来记录的，这个寄存器叫做
1 | esp(stack pointer) |
每次执行call指令的时候。
这里还有一个小细节，在x86的环境下，栈是朝着低地址的方向伸长的。什么意思呢？每一次有东西入栈，那么栈顶指针就会递减一个单位，每一次出栈，栈顶指针就会相应地增加一个单位（和数据结构中一般的做法是相反的）。至于为什么会这样，我也不知道。
eip在入栈的时候，大致就相当于执行了这样一些指令：
1 | sub esp, 4 |
翻译为C语言就是（假如esp是一个void*类型的指针）：
1 | esp = (void*)( ((unsigned int)esp) - 4 ) |
也就是esp先移动，然后再把eip的值写入到esp指向的内存中。那么，ret执行的时候该干什么，也就非常的清楚了吧。无非就是上述过程的逆过程。
同时，eip寄存器的长度为32位，即4字节，所以每一次入栈出栈的单位大小都是4字节。
动手
没有代码，说个锤子。先来一个简单的程序：
1 | main |
这个程序中只有一个函数调用，但不影响我们分析。先编译，得到一个可执行文件，这里先起名为plsone。
然后载入gdb进行调试，进行反汇编：
1 | $ gdb ./plsone |
好了，找到反汇编中<+5>所在那一行，对应着的指令是call 0x80483f0，这个指令的地址为：0x080483f9（不同的环境有所不同，根据实际情况来）。按照套路，在这个call指令处打下一个断点，然后运行程序。
1 | (gdb) b *0x080483f9 |
好了，程序执行到断点处，停下来了。再来看反汇编，这次有一个小箭头指向当前的断点了：
1 | (gdb) disas main |
接下来，做这样一个事情，看看现在eip的值是多少：
1 | (gdb) info register eip |
正好指向这个函数调用指令。这里的call指令还没执行，现在的CPU处在上一条指令刚执行完毕的状态。前面说过，CPU中的eip总是指向下一条会执行的指令。在这里，珍惜机会，我们把想看的东西全都看个遍吧：
esp的值，这个很关键
1 | (gdb) info register esp |
esp所指向的栈顶的东西
1 | (gdb) p/x *(unsigned int*)$esp |
该看的都看过了，让程序走吧，让它先执行完了call指令，我们再回头看看什么情况：
1 | (gdb) stepi |
根据提示，程序现在已经执行到函数里面去了。可以直接反汇编看看：
1 | (gdb) disas |
现在正等着执行那条加法指令呢。别急，现在函数调用已经发生了，再来看看上面我们看过的一些东西：
esp的值，这个很关键
1 | (gdb) info register esp |
看到了，上次查看esp的时候是0xffffd6ec，进入函数后的esp值是0xffffd6e8。少了个4。
实际上这就是eip被保存到栈里去了，CPU的栈的伸长方向是朝着低地址一侧的，所以每次入栈，esp都会减少一个单位，也就是4。
esp所指向的栈顶的东西
1 | (gdb) p/x *(unsigned int*)$esp |
这次，我们看看栈顶到底是个什么东西，打印出来0x80483fe这么一个玩意儿，这是蛤玩意儿？别急，回头看看main函数的反汇编：
1 | (gdb) disas main |
在里面找找0x80483fe呢？刚好在<+10>所在的那一行。这不就是函数调用指令处的后一条指令吗？
对的，也就是说，一会函数返回的时候，就会到<+10>这个地方来。也就是在执行了eax_plus_1s函数里的ret之后。
是不是和前面描述的过程一模一样？
好了，到这里，探究汇编中的函数调用的过程和方法基本就有了，读者可以根据需要自行编写更加奇怪的代码，结合gdb，来探究更多你自己所好奇的东西。
附加一个代码，自己玩耍试试（在自己的环境中玩耍哦）：
1 | global main |
总结
这回，我们说到这样一些东西：
汇编中发生函数调用相关的指令call和ret
call指令会产生跳转动作，与jmp不同的是，call之后可以通过ret指令跳回来
call和ret的配合是依靠保存eip的值到栈里，返回时恢复eip实现的
esp记录着当前栈顶所在的位置，每次call和ret执行都会伴随着入栈和出栈，也就是esp会发生变化
函数调用最基本的”跳转“和”返回“就这么回事了，下回咱们继续分析”函数调用中的参数传递、返回值和状态“相关的问题。
文中若有疏漏或是不当之处，欢迎指正。
发布于 2016-12-02