X86_64函数调用汇编程序分析

1 X86_64寄存器使用标准

• %rdi, %rsi, %rdx, %rcx, %r8, %r9分别用于函数调用过程中的前6个参数，对于6的参数存放在栈中传递
• %rsp用做栈指针寄存器，指向栈顶
• %rbp用作栈框寄存器，指向栈底
• %rax用做函数返回值的第一个寄存器

2 对应代码的分析

2.1 main函数及其对应的汇编程序

int main(void)
{
        long a = 1;
        long b = 2;                                                                         

        printf("The current function is %s a:%ld b:%ld\r\n", __func__, a, b); 

        test_fun_a(a, b, 0, 1); 

        a = a + b;
        b = a + b;

        return 0;
}

2.1.1 main的C代码实现

2.1.2 main函数对应汇编及其分析

这段汇编代码实现了一个简单的程序，其功能如下：

1. 首先，endbr64指令用于清除处理器的前瞻指令缓存，确保后面的指令正确执行。
2. push %rbp和mov %rsp,%rbp这两个指令用于保存和设置栈帧的基址指针（Base Pointer）。
3. sub $0x10,%rsp指令用于为局部变量和保存的寄存器值分配栈空间。
4. movq $0x1,-0x10(%rbp)和movq $0x2,-0x8(%rbp)这两个指令用于将字面量1和2存储到栈中的特定位置。
5. mov -0x8(%rbp),%rdx和mov -0x10(%rbp),%rax这两个指令用于从栈中获取之前保存的值。
6. mov %rdx,%rcx和mov %rax,%rdx这两个指令用于将寄存器的值进行传递，为后面的函数调用做准备。
7. lea 0xdf8(%rip),%rsi和lea 0xda6(%rip),%rdi这两个指令用于设置printf函数的参数，分别对应格式字符串和要打印的变量。
8. mov $0x0,%eax指令用于设置系统调用的编号（这里为0，即系统调用号）。
9. callq 1050 <printf@plt>这个指令发起系统调用，执行printf函数，打印输出指定的字符串和数值。
10. 接下来，mov -0x8(%rbp),%rsi、mov -0x10(%rbp),%rax、mov $0x1,%ecx、mov $0x0,%edx和mov %rax,%rdi这些指令用于设置函数test_fun_a的参数。
11. callq 11e8 <test_fun_a>这个指令调用函数test_fun_a，执行其代码。
12. 在函数test_fun_a执行完成后，通过一系列的移动和加法操作，将返回值存储回原始的参数位置。
13. 最后，mov $0x0,%eax、leaveq和retq这些指令用于清理栈帧、结束当前函数并返回。

这段汇编代码的功能是调用函数test_fun_a，并打印输出两个数值1和2，然后调用函数test_fun_a并将返回值存储回原始的参数位置。

000000000000128a <main>:
    128a:	f3 0f 1e fa          	endbr64 
    128e:	55                   	push   %rbp
    128f:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
    1292:	48 83 ec 10          	sub    $0x10,%rsp
    1296:	48 c7 45 f0 01 00 00 	movq   $0x1,-0x10(%rbp)
    129d:	00 
    129e:	48 c7 45 f8 02 00 00 	movq   $0x2,-0x8(%rbp)
    12a5:	00 
    12a6:	48 8b 55 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rdx
    12aa:	48 8b 45 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rax
    12ae:	48 89 d1             	mov    %rdx,%rcx
    12b1:	48 89 c2             	mov    %rax,%rdx
    12b4:	48 8d 35 f8 0d 00 00 	lea    0xdf8(%rip),%rsi        # 20b3 <__func__.2519>
    12bb:	48 8d 3d a6 0d 00 00 	lea    0xda6(%rip),%rdi        # 2068 <_IO_stdin_used+0x68>
    12c2:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
    12c7:	e8 84 fd ff ff       	callq  1050 <printf@plt>
    12cc:	48 8b 75 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rsi
    12d0:	48 8b 45 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rax
    12d4:	b9 01 00 00 00       	mov    $0x1,%ecx
    12d9:	ba 00 00 00 00       	mov    $0x0,%edx
    12de:	48 89 c7             	mov    %rax,%rdi
    12e1:	e8 02 ff ff ff       	callq  11e8 <test_fun_a>
    12e6:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax
    12ea:	48 01 45 f0          	add    %rax,-0x10(%rbp)
    12ee:	48 8b 45 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rax
    12f2:	48 01 45 f8          	add    %rax,-0x8(%rbp)
    12f6:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
    12fb:	c9                   	leaveq 
    12fc:	c3                   	retq   
    12fd:	0f 1f 00             	nopl   (%rax)

2.1.3 执行完成之后栈的存放情况

2.1.3.1 main函数执行开栈以及局部变量压栈之后的栈结构

2.1.3.2 main函数调用test_fun_a时的栈结构

• 执行callq 11e8 <test_fun_a>时会把调用test_fun_a的返回地址压到栈顶，会导致%rsp向下偏移8Byte

2.2 test_fun_a函数及其对应的汇编程序

2.2.1 test_fun_a函数的C实现

void test_fun_a(long m, long n, long x, long y)
{
        long a = x;
        long b = 2;
        long c = 3;

        printf("The current function is %s b:%ld c:%ld\r\n", __func__, b, c); 

        test_fun_b(b, c, a, 2); 

        b = b + c + m;
        c = b + c + n;
}

2.2.2 test_fun_a函数对应汇编及其分析

这段汇编代码是一个函数test_fun_a的实现，其功能大致如下：

1. push %rbp 和 mov %rsp,%rbp 用于保存和设置栈帧的基址指针（Base Pointer）。
2. sub $0x40,%rsp 用于为局部变量和保存的寄存器值分配栈空间。
3. mov %rdi,-0x28(%rbp)、mov %rsi,-0x30(%rbp)、mov %rdx,-0x38(%rbp) 和 mov %rcx,-0x40(%rbp) 用于将参数传递到栈帧中的指定位置。
4. mov %rax,-0x18(%rbp) 将某个值（可能是函数内的临时变量或计算结果）保存到栈帧的另一个位置。
5. movq $0x2,-0x10(%rbp) 和 movq $0x3,-0x8(%rbp) 用于将字面量值2和3存储到栈中的特定位置。
6. mov -0x8(%rbp),%rdx 和 mov -0x10(%rbp),%rax 用于从栈中获取之前保存的值。
7. lea 0xe77(%rip),%rsi 和 lea 0xe00(%rip),%rdi 用于设置printf函数的参数，分别对应格式字符串和要打印的变量。
8. mov $0x0,%eax 用于设置系统调用的编号（这里为0，即系统调用号）。
9. callq 1050 <printf@plt> 发起系统调用，执行printf函数，打印输出指定的字符串和数值。
10. mov -0x18(%rbp),%rdx、mov -0x8(%rbp),%rsi、mov -0x10(%rbp),%rax、mov $0x2,%ecx 和 mov %rax,%rdi 用于设置函数test_fun_b的参数。
11. callq 1149 <test_fun_b> 调用函数test_fun_b，执行其代码。
12. 在函数test_fun_b执行完成后，将返回值存储到栈帧的特定位置。
13. 最后，通过一系列的移动和加法操作，将计算结果存储回原始的第一个参数的位置。
14. 48 8b 45 d0 mov -0x30(%rbp),%rax: 将栈帧中偏移为-0x30的位置的值加载到寄存器rax中。
15. 48 01 d0 add %rdx,%rax: 将rax和rdx寄存器的值相加，并将结果存储回rax寄存器中。
16. 48 89 45 f8 mov %rax,-0x8(%rbp): 将rax寄存器的值存储回栈帧中偏移为-0x8的位置。
17. 90: 无操作，用于填充指令。
18. c9: leaveq指令用于撤销栈帧，恢复调用前的堆栈状态。
19. c3: retq指令用于从当前函数返回，返回到调用者的代码位置。

00000000000011e8 <test_fun_a>:
    11e8:	f3 0f 1e fa          	endbr64 
    11ec:	55                   	push   %rbp
    11ed:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
    11f0:	48 83 ec 40          	sub    $0x40,%rsp
    11f4:	48 89 7d d8          	mov    %rdi,-0x28(%rbp)
    11f8:	48 89 75 d0          	mov    %rsi,-0x30(%rbp)
    11fc:	48 89 55 c8          	mov    %rdx,-0x38(%rbp)
    1200:	48 89 4d c0          	mov    %rcx,-0x40(%rbp)
    1204:	48 8b 45 c8          	mov    -0x38(%rbp),%rax
    1208:	48 89 45 e8          	mov    %rax,-0x18(%rbp)
    120c:	48 c7 45 f0 02 00 00 	movq   $0x2,-0x10(%rbp)
    1213:	00 
    1214:	48 c7 45 f8 03 00 00 	movq   $0x3,-0x8(%rbp)
    121b:	00 
    121c:	48 8b 55 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rdx
    1220:	48 8b 45 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rax
    1224:	48 89 d1             	mov    %rdx,%rcx
    1227:	48 89 c2             	mov    %rax,%rdx
    122a:	48 8d 35 77 0e 00 00 	lea    0xe77(%rip),%rsi        # 20a8 <__func__.2513>
    1231:	48 8d 3d 00 0e 00 00 	lea    0xe00(%rip),%rdi        # 2038 <_IO_stdin_used+0x38>
    1238:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
    123d:	e8 0e fe ff ff       	callq  1050 <printf@plt>
    1242:	48 8b 55 e8          	mov    -0x18(%rbp),%rdx
    1246:	48 8b 75 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rsi
    124a:	48 8b 45 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rax
    124e:	b9 02 00 00 00       	mov    $0x2,%ecx
    1253:	48 89 c7             	mov    %rax,%rdi
    1256:	e8 ee fe ff ff       	callq  1149 <test_fun_b>
    125b:	48 8b 55 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rdx
    125f:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax
    1263:	48 01 c2             	add    %rax,%rdx
    1266:	48 8b 45 d8          	mov    -0x28(%rbp),%rax
    126a:	48 01 d0             	add    %rdx,%rax
    126d:	48 89 45 f0          	mov    %rax,-0x10(%rbp)
    1271:	48 8b 55 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rdx
    1275:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax
    1279:	48 01 c2             	add    %rax,%rdx
    127c:	48 8b 45 d0          	mov    -0x30(%rbp),%rax
    1280:	48 01 d0             	add    %rdx,%rax
    1283:	48 89 45 f8          	mov    %rax,-0x8(%rbp)
    1287:	90                   	nop
    1288:	c9                   	leaveq 
    1289:	c3                   	retq

2.2.3 执行完成之后栈帧的使用情况

2.2.3.1 test_fun_a函数执行开栈之后的栈结构示意图

2.2.3.2 test_fun_a函数执行参数压栈以及局部变量压栈之后的栈结构示意图

2.2.3.3 test_fun_a函数调用test_fun_b之后的栈结构示意图

• callq 1149 <test_fun_b>该调指令会导致%rsp向下偏移8Byte以保存test_fun_a函数调用test_fun_b的返回地址

2.3 test_fun_b函数及其对应的汇编程序

2.3.1 test_func_b函数的C实现

void test_fun_b(long m, long n, long x, long y)
{
        long a = y;
        long b = m;
        long c = 3;
        long d = 4;

        printf("The current function is %s c:%ld d:%ld\r\n", __func__, c, d);

        c = c + d + m + a;
        d = c + d + n + b;                                                                  
}

2.3.2 test_fun_b函数对应汇编及其分析

这段汇编代码是一个函数test_fun_b的实现。下面是对代码的逐行解释：

1149: f3 0f 1e fa - endbr64指令用于结束64位BR（Branch Prediction）指令的预测。

114d: 55 - push %rbp将当前栈帧的基址指针（Base Pointer，简称RBp）压入栈中，为新的栈帧做准备。

114e: 48 89 e5 - mov %rsp,%rbp将当前栈帧的栈指针（Stack Pointer，简称SP）复制给基址指针（RBp），建立新的栈帧。

1151: 48 83 ec 40 - sub $0x40,%rsp从SP中减去0x40个字节，扩展栈空间。

1155: 48 89 7d d8 - mov %rdi,-0x28(%rbp)将函数参数rdi的值存储到当前栈帧的-0x28位置。

1159: 48 89 75 d0 - mov %rsi,-0x30(%rbp)将函数参数rsi的值存储到当前栈帧的-0x30位置。

115d: 48 89 55 c8 - mov %rdx,-0x38(%rbp)将函数参数rdx的值存储到当前栈帧的-0x38位置。

1161: 48 89 4d c0 - mov %rcx,-0x40(%rbp)将函数参数rcx的值存储到当前栈帧的-0x40位置。

1165: 48 8b 45 c0 - mov -0x40(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x40位置的值加载到寄存器rax中。

1169: 48 89 45 e0 - mov %rax,-0x20(%rbp)将寄存器rax的值存储到当前栈帧的-0x20位置。

116d: 48 8b 45 d8 - mov -0x28(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x28位置的值加载到寄存器rax中。

1171: 48 89 45 e8 - mov %rax,-0x18(%rbp)将寄存器rax的值存储到当前栈帧的-0x18位置。

1175: 48 c7 45 f0 03 00 00 00 - movq $0x3,-0x10(%rbp)将立即数0x3存储到当前栈帧的-0x10位置。
117d: 48 c7 45 f8 04 00 00 00 - movq $0x4,-0x8(%rbp)将立即数0x4存储到当前栈帧的-0x8位置。

1185: 48 8b 55 f8 - mov -0x8(%rbp),%rdx将当前栈帧的-0x8位置的值加载到寄存器rdx中。

1189: 48 8b 45 f0 - mov -0x10(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x10位置的值加载到寄存器rax中。

118d: 48 89 d1 - mov %rdx,%rcx将寄存器rdx的值复制给rcx。

1190: 48 89 c2 - mov %rax,%rdx将寄存器rax的值复制给rdx。

1193: 48 8d 35 fe 0e 00 00 - lea 0xefe(%rip),%rsi将相对地址0xefe处的值加载到寄存器rsi。

119a: 48 8d 3d 67 0e 00 00 - lea 0xe67(%rip),%rdi将相对地址0xe67处的值加载到寄存器rdi。

11a1: b8 00 00 00 00 - mov $0x0,%eax将立即数0x0加载到寄存器eax。

11a6: e8 a5 fe ff ff - callq 1050 <printf@plt>调用函数plt的printf函数，跳转到地址1050处执行。

接下来的指令继续处理计算结果，并执行一些算术操作。

11ab: 48 8b 55 f0 - mov -0x10(%rbp),%rdx将当前栈帧的-0x10位置的值加载到寄存器rdx中。

11af: 48 8b 45 f8 - mov -0x8(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x8位置的值加载到寄存器rax中。

11b3: 48 01 c2 - add %rax,%rdx将寄存器rax和rdx的值相加，结果存储在rdx中。

11b6: 48 8b 45 d8 - mov -0x28(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x28位置的值加载到寄存器rax中。

11bd: 48 01 c2 - add %rax,%rdx将寄存器rax和rdx的值相加，结果存储在rdx中。

11c1: 48 8b 45 e0 - mov -0x20(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x20位置的值加载到寄存器rax中。

11c4: 48 01 d0 - add %rdx,%rax将寄存器rdx和rax的值相加，结果存储在rax中。

11c8: 48 89 45 f0 - mov %rax,-0x10(%rbp)将寄存器rax的值存储到当前栈帧的-0x10位置。

11cc: 48 8b 45 f8 mov -0x8(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x8位置的值加载到rax寄存器中

11d0: 48 01 c2 add %rax,%rdx将寄存器rax和rdx的值相加，结果存储在rdx中。

11d3: 48 8b 45 d0 mov -0x30(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x30位置的值加载到rax寄存器中

11d7: 48 01 c2 add %rax,%rdx 将寄存器rax和rdx的值相加，结果存储在rdx中。

11da: 48 8b 45 e8 mov -0x18(%rbp),%rax将当前栈帧的-0x18位置的值加载到rax寄存器中

11de: 48 01 d0 add %rdx,%rax 将寄存器rdx和rax的值相加，结果存储在rax中。

11e1: 48 89 45 f8 mov %rax,-0x8(%rbp)将寄存器rax的值存储到当前栈帧的-0x8位置。

11e5: 90 nop

11e6: c9 leaveq 撤销栈帧，恢复调用前的堆栈状态。

11e7: c3 retq从当前函数返回，返回到调用者的代码位置。

0000000000001149 <test_fun_b>:
    1149:	f3 0f 1e fa          	endbr64 
    114d:	55                   	push   %rbp
    114e:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
    1151:	48 83 ec 40          	sub    $0x40,%rsp
    1155:	48 89 7d d8          	mov    %rdi,-0x28(%rbp)
    1159:	48 89 75 d0          	mov    %rsi,-0x30(%rbp)
    115d:	48 89 55 c8          	mov    %rdx,-0x38(%rbp)
    1161:	48 89 4d c0          	mov    %rcx,-0x40(%rbp)
    1165:	48 8b 45 c0          	mov    -0x40(%rbp),%rax
    1169:	48 89 45 e0          	mov    %rax,-0x20(%rbp)
    116d:	48 8b 45 d8          	mov    -0x28(%rbp),%rax
    1171:	48 89 45 e8          	mov    %rax,-0x18(%rbp)
    1175:	48 c7 45 f0 03 00 00 	movq   $0x3,-0x10(%rbp)
    117c:	00 
    117d:	48 c7 45 f8 04 00 00 	movq   $0x4,-0x8(%rbp)
    1184:	00 
    1185:	48 8b 55 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rdx
    1189:	48 8b 45 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rax
    118d:	48 89 d1             	mov    %rdx,%rcx
    1190:	48 89 c2             	mov    %rax,%rdx
    1193:	48 8d 35 fe 0e 00 00 	lea    0xefe(%rip),%rsi        # 2098 <__func__.2503>
    119a:	48 8d 3d 67 0e 00 00 	lea    0xe67(%rip),%rdi        # 2008 <_IO_stdin_used+0x8>
    11a1:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
    11a6:	e8 a5 fe ff ff       	callq  1050 <printf@plt>
    11ab:	48 8b 55 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rdx
    11af:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax
    11b3:	48 01 c2             	add    %rax,%rdx
    11b6:	48 8b 45 d8          	mov    -0x28(%rbp),%rax
    11ba:	48 01 c2             	add    %rax,%rdx
    11bd:	48 8b 45 e0          	mov    -0x20(%rbp),%rax
    11c1:	48 01 d0             	add    %rdx,%rax
    11c4:	48 89 45 f0          	mov    %rax,-0x10(%rbp)
    11c8:	48 8b 55 f0          	mov    -0x10(%rbp),%rdx
    11cc:	48 8b 45 f8          	mov    -0x8(%rbp),%rax
    11d0:	48 01 c2             	add    %rax,%rdx
    11d3:	48 8b 45 d0          	mov    -0x30(%rbp),%rax
    11d7:	48 01 c2             	add    %rax,%rdx
    11da:	48 8b 45 e8          	mov    -0x18(%rbp),%rax
    11de:	48 01 d0             	add    %rdx,%rax
    11e1:	48 89 45 f8          	mov    %rax,-0x8(%rbp)
    11e5:	90                   	nop
    11e6:	c9                   	leaveq 
    11e7:	c3                   	retq

2.3.3 执行完成之后栈帧的使用情况

2.3.3.1 test_fun_b函数执行开栈之后的栈结构示意图

2.3.3.2 test_fun_a函数执行参数压栈以及局部变量压栈之后的栈结构示意图

3 X86_64 函数调用示例及其栈帧示意图

4 编译和反汇编的命令

4.1 编译的命令

x86_64-linux-gnu-gcc  -Wl,--no-as-needed main.c -o x86_test

4.2 反汇编的命令

若是想把生成的反汇编程序保存的文件可以使用这个反汇编的命令：x86_64-linux-gnu-objdump -S -d x86_test > x86_64_test.S文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-699581.html

x86_64-linux-gnu-objdump -S -d x86_test

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