C/C++|图文深入理解函数调用的5种约定
函数调用约定(Calling Convention),是一个重要的基础概念,用来规定调用者和被调用者是如何传递参数的,既调用者如何将参数按照什么样的规范传递给被调用者。
在参数传递中,有两个很重要的问题必须得到明确说明:
I 当参数个数多于一个时,按照什么顺序把参数压入堆栈;
II 函数调用后,由谁来把堆栈恢复原状。
假如在C语言中,定义下面这样一个函数:
int func(int x,int y, int z)
然后传递实参给函数func()就可以使用了。但是,在系统中,函数调用中参数的传递却是一门学问。因为在CPU中,计算机没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数,也没有硬件可以保存这些参数。也就是说,计算机不知道怎么给这个函数传递参数,传递参数的工作必须由函数调用者和函数本身来协调。为此,计算机用栈来支持参数传递。
函数调用时,调用者依次把参数压栈,然后调用函数,函数被调用以后,在堆栈中取得数据,并进行计算。函数计算结束以后,或者调用者、或者函数本身修改堆栈,使堆栈恢复原状。
在高级语言中,通过函数调用约定来说明参数的入栈和堆栈的恢复问题。常见的调用约定有:
__stdcall__cdecl__fastcallthiscall__naked call
不同的调用规约,在参数的入栈顺序,堆栈的恢复,函数名字的命名上就会不同。在编译后的代码量,程序执行效率上也会受到影响。
在以上几种调用约定中,只有__cdecl是可以支持变长参数的(如支持printf()参数数量不确定的函数),由调用者负责堆栈管理,这两者是相关的,因为调用者负责传参,知道参数的数量和类型,如果要支持数量不确定的参数的话,只能是调用者来管理堆栈平衡。__cdecl也是C语言默认的调用约定。__stdcall每次函数调用都要由编译器产生还原堆栈的代码,所以使用__cdecl方式编译的程序比使用__stdcall方式编译的程序要大很多。
对于__cdecl,在call之前,会将参数压入堆栈,压入了参数占用多少个字节(需要考虑堆栈对齐的填充,假设是n),需要在ret后,将esp偏移n个字节。而__stdcall不同,直接ret偏移n个字节。(__stdcall也是在call之前将参数压入栈帧。)
示例代码:
#include <stdio.h>int __stdcall stdcallF(int x, int y); // 被调用函数自身修改堆栈,WINAPI和CALLBACK//int cdeclF(int x ,int y); // 默认的C调用约定int __cdecl cdeclF(int x,int y); // 明确指出C调用约定, 调用者修改堆栈,支持可变参数,比如printf()int __fastcall fastcallF(int x,int y,int z); // 被调用者修改堆栈int __declspec(naked) sub(int a,int b) // 编译器不会给这种函数增加初始化和清理代码,{ // 也不能用return语句返回值,只能程序员控制, // 插入汇编返回结果。因此它一般用于驱动程序设计 __asm mov eax,a __asm sub eax,b __asm ret}class CAdd{ int a,b;public: CAdd(int aa,int bb):a(aa),b(bb){} int add(int c); // 参数从右向左入栈,this指针最后入栈 // 参数个数不确定时,调用者清理堆栈,否则函数自己清理堆栈};int main(){ int a = 3; int b = 4; int c = 5; int s = 0; sub(3,4); s = stdcallF(a,b); s += cdeclF(a,b); s += fastcallF(a,b,c); CAdd cadd(3,4); s += cadd.add(c); printf("%d\n",s); //38 getchar(); return 0;}int __stdcall stdcallF(int x, int y) // WINAPI和CALLBACK{ // 被调用函数自身修改堆栈 return x+y;}//int cdeclF(int x ,int y) // 默认的C调用约定int __cdecl cdeclF(int x,int y) // 明确指出C调用约定{ // 调用者修改堆栈,支持可变参数,比如printf() return x+y;}int __fastcall fastcallF(int x,int y,int z) // 被调用者修改堆栈{ // 函数的第一个和第二个参数通过ecx和edx传递,剩余参数从右到左入栈 // 在X64平台,默认使用了fastcall调用约定,因其有较多的寄存器 return x+y+z;}int CAdd::add(int c) // 参数从右向左入栈,this指针最后入栈{ // 参数个数不确定时,调用者清理堆栈,否则函数自己清理堆栈 return a+b+c;}
我们来看一下__cdecl调用的调用者的汇编:
34: s += cdeclF(a,b);004010B0 mov edx,dword ptr [ebp-8]004010B3 push edx // 压参b004010B4 mov eax,dword ptr [ebp-4]004010B7 push eax // 压参a004010B8 call @ILT+10(cdeclF) (0040100f)004010BD add esp,8 // 主调函数做堆栈平衡,2个int参数,esp偏移8字节004010C0 mov ecx,dword ptr [ebp-10h]004010C3 add ecx,eax004010C5 mov dword ptr [ebp-10h],ecx // 返回值
__cdecl调用的被函数的汇编:
49: int __cdecl cdeclF(int x,int y) // 明确指出C调用约定50: { // 调用者修改堆栈,支持可变参数,比如printf()00401230 push ebp00401231 mov ebp,esp00401233 sub esp,40h00401236 push ebx00401237 push esi00401238 push edi00401239 lea edi,[ebp-40h]0040123C mov ecx,10h00401241 mov eax,0CCCCCCCCh00401246 rep stos dword ptr [edi]51: return x+y;00401248 mov eax,dword ptr [ebp+8]0040124B add eax,dword ptr [ebp+0Ch]52: }0040124E pop edi0040124F pop esi00401250 pop ebx00401251 mov esp,ebp00401253 pop ebp00401254 ret // 这里被调函数没有做堆栈平衡
__cdecl代表性的栈示意图:
__cdecl代表性的函数栈帧的示例代码:
#include <stdio.h>struct ST{ int a; double d; //ST(int aa,double dd):a(aa),d(dd){};};ST test(double d,int a){ char ch = 'a'; char chs[5] = ""; ST st; st.a = a; st.d = d; return st;}int main(){ ST s = test(2.3,4); printf("%d %f\n",s.a,s.d); getchar(); return 0;}
ref:
http://mallocfree.com/basic/c/c-6-function.htm#79
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