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：
- 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。 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）。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。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。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。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。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。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）。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。- 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。 callq 11e8 <test_fun_a>这个指令调用函数test_fun_a，执行其代码。- 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。 - 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：
push %rbp和mov %rsp,%rbp用于保存和设置栈帧的基址指针（Base Pointer）。sub $0x40,%rsp用于为局部变量和保存的寄存器值分配栈空间。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。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。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。mov -0x8(%rbp),%rdx和mov -0x10(%rbp),%rax用于从栈中获取之前保存的值。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。mov $0x0,%eax用于设置系统调用的编号（这里为0，即系统调用号）。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。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。callq 1149 <test_fun_b>调用函数test_fun_b，执行其代码。- 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。 - 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。
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。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。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。90: 无操作，用于填充指令。c9:leaveq指令用于撤销栈帧，恢复调用前的堆栈状态。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
x86_64-linux-gnu-objdump -S -d x86_test