C/C++|图文深入理解函数调用的5种约定

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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。

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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:

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__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

-End-

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