汇编二 — 栈

栈

• 栈：是一种具有特殊的访问方式的存储空间（后进先出， Last In Out Firt，LIFO）

栈结构

SP和FP寄存器

• sp寄存器在任意时刻会保存我们栈顶的地址.
• fp寄存器也称为x29寄存器属于通用寄存器,但是在某些时刻我们利用它保存栈底的地址!()

注意:ARM64开始,取消32位的 LDM,STM,PUSH,POP指令! 取而代之的是ldr\ldp str\stp

ARM64里面 对栈(sp)的操作(必须)是16字节对齐的! ! （否则即会崩溃，如：add sp,0x6）

sp 寄存器指向哪里，哪里就是栈，通过 sp 偏移来 读取/存 数据。

关于内存读写指令

注意:读/写 数据是都是往高地址读/写。

（栈空间的开辟，设计其实是从上往下走的，从高到低）

栈空间的开辟

操作系统设计的时候，怎么把内存的堆栈分开呢？

所以做了一个约定，从上往下为栈，从下往上为堆。这样就能更加合理的利用内存空间，为弹性的空间。（Stack Overflow 堆栈溢出）

堆栈空间划分

str(store register)指令

将数据从寄存器中读出来,存到内存中.

ldr(load register)指令

将数据从内存中读出来,存到寄存器中

此ldr 和 str 的变种ldp 和 stp 还可以操作2个寄存器.

堆栈操作练习

使用32个字节空间作为这段程序的栈空间,然后利用栈将x0和x1的值进行交换.

sub    sp, sp, #0x20    ;拉伸栈空间32个字节
stp    x0, x1, [sp, #0x10] ;sp往上加16个字节,存放x0 和 x1
ldp    x1, x0, [sp, #0x10] ;将sp偏移16个字节的值取出来,放入x1 和 x0

（ [sp,#0x10] 代表左边的 sp 加上右边的 0x10,若是减的话就是[sp,#-0x10]）

register write x0 0xffffffff

register write x1 0xffffffff

修改 xo 和 x1 寄存器的值

读取完毕以后：

add sp, sp, #0x20 复位保持栈的平衡，防止栈空间的浪费，或者溢出。

bl和ret指令

bl标号

(用于返回继续执行)

.text 代码段

.gloal 定义全局变量。

64 位的寄存器 8 个字节

.text
.global _A,_B

_A:
    mov x0,#0xaaaaaaaa
    bl _B
    mov x0,#0xcccccc
    ret

_B:
    mov x0,#0xbbbb
    ret

(在进入 A 函数之前，lr 保存了下一步执行的地址，bl _B 之后，lr 则保存为下一条指令的地址，覆盖掉之前保存的值，进入 B 函数执行完，再次跳回 A 函数，陷入死循环。)

每一个函数都会开辟一个栈空间

stp x29, x30 ,[sp, #-0x10]! // 将 x29, x30 寄存器中的值放到栈里面
mov x29, sp
bl 0x2345463  // 函数调用
ldp   x29, x30, [sp], #10  // 完毕以后，在从栈里面读出来放到 x29, x30 中，保护x29 , x30 这两个寄存器（现场保护）
ret

str/ldr 操作一个寄存器，stp/ ldp 管理两个寄存器

优化后的代码：

.text
.global _A,_B

_A:
    mov x0,#0xaaaaaaaa
    str x30,[sp,#-0x10]!
    bl _B
    mov x0,#0xcccccc
    ldr x30,[sp],#0x10  // 相当于： ldr x30, [sp]; add sp, sp, #0x10;
    ret

_B:
    mov x0,#0xbbbb
    ret

ret

• 默认使用lr(x30)寄存器的值,通过底层指令提示CPU此处作为下条指令地址! 就是跳转到 x30 寄存器所保存的地址

ARM64平台的特色指令,它面向硬件做了优化处理的

x30寄存器

x30寄存器存放的是函数的返回地址.当ret指令执行时刻,会寻找x30寄存器保存的地址值!

注意:在函数嵌套调用的时候.需要讲x30入栈!

函数的参数和返回值

ARM64下, 函数的参数 （通常）是存放在X0到X7(W0到W7)这8个寄存器里面的.如果超过8个参数,就会入栈.

int sum2(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g, int h, int i) {
    return a+b+c+d+e+f+g+h+I;
}

sum2(1,2,3,4,5,6,7,8,9);

001-函数的参数和返回值`main:
    0x10486a8d0 <+0>:  sub    sp, sp, #0x30             ; =0x30 
    0x10486a8d4 <+4>:  stp    x29, x30, [sp, #0x20]
    0x10486a8d8 <+8>:  add    x29, sp, #0x20            ; =0x20 
    0x10486a8dc <+12>: orr    w8, wzr, #0x1
    0x10486a8e0 <+16>: orr    w9, wzr, #0x2
    0x10486a8e4 <+20>: orr    w2, wzr, #0x3
    0x10486a8e8 <+24>: orr    w3, wzr, #0x4
    0x10486a8ec <+28>: mov    w4, #0x5
    0x10486a8f0 <+32>: orr    w5, wzr, #0x6
    0x10486a8f4 <+36>: orr    w6, wzr, #0x7
    0x10486a8f8 <+40>: orr    w7, wzr, #0x8
    0x10486a8fc <+44>: mov    w10, #0x9
    0x10486a900 <+48>: stur   w0, [x29, #-0x4]
    0x10486a904 <+52>: str    x1, [sp, #0x10]
->  0x10486a908 <+56>: mov    x0, x8
    0x10486a90c <+60>: mov    x1, x9
    0x10486a910 <+64>: str    w10, [sp]
    0x10486a914 <+68>: bl     0x10486a858               ; sum2 at main.m:16
    0x10486a918 <+72>: mov    w8, #0x0
    0x10486a91c <+76>: str    w0, [sp, #0xc]
    0x10486a920 <+80>: mov    x0, x8
    0x10486a924 <+84>: ldp    x29, x30, [sp, #0x20]
    0x10486a928 <+88>: add    sp, sp, #0x30             ; =0x30 
    0x10486a92c <+92>: ret

函数调用之前栈的变化

注： 汇编代码开始一定都是x29 ,x30 都入栈，为了保护函数的返回地址。

stur 是一个无符号的变种指令，可以把它当做 str .

stur w0, [x29, #-0x4] —— 减的时候为 stur

str x1, [sp, #0x10] —— 加的时候为 str.

【sp】 【】代表把 sp 的值取出来，当做一个内存地址，相当于取地址，代表 sp 指针所指向的区域。

拉伸空间是往低地址拉伸，读写是往高地址。

image.png

各寄存器值

函数调用过程

函数的返回值（通常）是放在X0 寄存器里面的，. 这是编译器决定的，如果返回结构体即放不下了，不能以 x0 作为返回值了

0x1009e28d8 <+0>:  sub    sp, sp, #0x10             ; =0x10 // sp 减 16 字节，向低地址
    0x1009e28dc <+4>:  str    w0, [sp, #0xc]  // 内部数据可以随意放
    0x1009e28e0 <+8>:  str    w1, [sp, #0x8]
->  0x1009e28e4 <+12>: ldr    w0, [sp, #0xc]
    0x1009e28e8 <+16>: ldr    w1, [sp, #0x8]
    0x1009e28ec <+20>: add    w0, w0, w1  // 两个参数相加放入w0, 即为返回值
    0x1009e28f0 <+24>: add    sp, sp, #0x10             ; =0x10 // sp 加 16 字节，向高地址
    0x1009e28f4 <+28>: ret

sum (10, 20);

简化版 替代上面的汇编代码

add x0, x0, x1

ret

注：如果一个函数内部不再调用其它的函数，我们称之为 叶子函数 。

我们知道了 x0---x7 是存放参数的， OC 方法的调用，

[self viewDidLoad] ;

即为 msgSend(self, @selector(viewDidLoad));

那么 x0 即为 self ,x1 即为调用的方法地址。

函数的局部变量

函数的局部变量放在栈里面!

int sum(int a, int b) {
    return a + b;
}
或
int sum(int a, int b) {
    int c = 10;
    int d = 11;
    return a+b+c+d+;
}

栈拉伸空间时，至少拉伸 16 个字节，即 0x10 最低。

上面的函数，就只拉伸一个字节。

sub sp, sp, #0x10 ; =0x10

如果为：

int sum(int a, int b) {
    int c = 10;
    int d = 11;
    int e = 12;
    return a+b+c+d+e;
}

则拉伸两个字节

image.png

如果内部调用函数，即函数嵌套调用，则会拉伸0x30，保存 x29, x30 寄存器，16个字节。

int sum(int a, int b) {
    int c = 10;
    int d = 11;
    printf("%d",d);
    return a+b+c+d;
}

image.png

adrp : 基地址 + 偏移地址 获取一个全局变量。

函数嵌套调用2

int func(int a, int b) {
    int c = sum(10, 11);
    int e = sum(12, 13);
    return c+e;
}
或
int func(int a, int b) {
    int c = sum(a, b);
    int e = sum(a, b);
    return e;
}

image.png

汇编-代码比对