C語言中入棧順序與變量輸出
1).記憶體區域劃分:
圖1 程式運作時的記憶體區域
如圖所示:C程式中,棧區主要存儲函數的參數,局部變量等,并且棧底為高位址,棧頂為低位址(如圖:由高位址向低位址擴充)。
2).入棧順序:
A:函數參數的入棧順序:自右向左
原因:
函數參數的入棧順序和具體編譯器的實作有關。有些參數是從左向右入棧,如:Pascal語言從左到右入棧(不支援變參),被調用者清棧;有些語言還可以通過修飾符進行指定,如:Visual C++;但是C語言(cdecl)采用自右向左的方式入棧,調用者清棧。
這是因為自右向左入棧順序的好處就是可以動态的變化參數個數。通過堆棧分析可知,自左向右入棧方式中,最前面的參數會被壓入棧底。除非知道參數個數,否則無法通過棧指針的相對位移求得最左邊的參數。這樣就無法實作可變參數。是以,C語言采用自右向左入棧順序,主要是因為實作可變長參數形式(如:printf函數)。可變長參數主要通過第一個定參數來确定參數清單,是以自右向左入棧後,函數調用時棧頂指針指向的就是參數清單的第一個确定參數,這樣就可以了。
例子1:
#include <stdio.h>
void print(int x, int y, int z)
{
printf("x = %d addr %p\n", x, &x);
printf("y = %d addr %p\n", y, &y);
printf("z = %d addr %p\n", z, &z);
}
int main()
{
print(,,);//自右向入壓棧
return ;
}
運作結果:
x = addr //棧頂,後壓棧
y = addr
z = addr //棧底,先入棧
B:局部變量的入棧順序:
在沒有棧溢出保護機制下編譯時,所有局部變量按系統為局部變量申請記憶體中棧空間的順序,即:先申請哪個變量,哪個先入棧,正向的。也就是說,編譯器給變量空間的申請是直接按照變量申請順序執行的。(見例子2)
在有棧溢出保護機制下編譯時,入棧順序有所改變,先按照類型劃分,再按照定義變量的先後順序劃分,即:char型先申請,int類型後申請(與編譯器溢出保護時的規定相關);然後棧空間的申請順序與代碼中變量定義順序相反(後定義的先入棧)。(見例子2)
例子2:stack.c
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[] = {,,,,};
int b[] = {,,,,};
char buf1[] = "abcde";
char buf2[] = "fghij";
int m = -;
int n = -;
printf("a[0] = %3d, addr: %p\n", a[], &a[]);
printf("a[4] = %3d, addr: %p\n", a[], &a[]);
printf("b[0] = %3d, addr: %p\n", b[], &b[]);
printf("b[4] = %3d, addr: %p\n", b[], &b[]);
printf("buf1[0] = %3d, addr: %p\n", buf1[], &buf1[]);
printf("buf1[5] = %3d, addr: %p\n", buf1[], &buf1[]);
printf("buf2[0] = %3d, addr: %p\n", buf2[], &buf2[]);
printf("buf2[5] = %3d, addr: %p\n", buf2[], &buf2[]);
printf("m = %3d, addr: %p\n", m, &m);
printf("n = %3d, addr: %p\n", n, &n);
}
沒有棧溢出保護機制下的編譯:
$ gcc stack.c -g -o stack -fno-stack-protector
$ ./stack
a[] = , addr: //數組内部,位址由低到高不變
a[] = , addr: //棧底,高位址
b[] = , addr:
b[] = , addr:
buf1[] = , addr:
buf1[] = , addr:
buf2[] = , addr:
buf2[] = , addr:
m = -, addr:
n = -, addr: //棧頂,低位址
可以看出入棧順序:a -> b -> buf1 -> buf2 -> m -> n(先定義,先壓棧)
棧溢出保護機制下的編譯:
$ gcc stack.c -g -o stack
$ ./stack
a[] = , addr: //棧頂
a[] = , addr:
b[] = , addr:
b[] = , addr:
buf1[] = , addr: //char類型,優先入棧
buf1[] = , addr:
buf2[] = , addr:
buf2[] = , addr: //棧底
m = -, addr:
n = -, addr: //int類型,後壓棧
可以看出入棧順序:buf2 -> buf1 -> n -> m -> b -> a(char類型先入棧,int類型後入棧;先定義,後壓棧)
3).指針越界輸出:
例子3:stack1.c
#include <stdio.h>
int main()
{
char buf1[] = "abcef";
char buf2[] = "fghij";
int a[] = {,,,,};
int b[] = {,,,,};
int m = -;
int n = -;
char *p = &buf2[];
printf("a[0] = %3d, addr: %p\n", a[], &a[]);
printf("a[4] = %3d, addr: %p\n", a[], &a[]);
printf("b[0] = %3d, addr: %p\n", b[], &b[]);
printf("b[4] = %3d, addr: %p\n", b[], &b[]);
printf("buf1[0] = %3d, addr: %p\n", buf1[], &buf1[]);
printf("buf1[5] = %3d, addr: %p\n", buf1[], &buf1[]);
printf("buf2[0] = %3d, addr: %p\n", buf2[], &buf2[]);
printf("buf2[5] = %3d, addr: %p\n", buf2[], &buf2[]);
printf("m = %3d, addr: %p\n", m, &m);
printf("n = %3d, addr: %p\n", n, &n);
printf("p[0] = %3d, addr: %p\n", p[], &p[]);
printf("p[6] = %3d, addr: %p\n", p[], &p[]);
printf("p[-6] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-42] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-43] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-53] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-54] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-55] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-56] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-57] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-58] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
printf("p[-59] = %3d, addr: %p\n", p[-], &p[-]);
}
棧溢出保護機制下的編譯:
$ gcc stack1.c -g -o stack1
$ ./stack1
a[] = , addr: //棧頂,0xbff5ab6c,低位址
a[] = , addr:
b[] = , addr:
b[] = , addr:
buf1[] = , addr: //&p[-6]
buf1[] = , addr:
buf2[] = , addr: //&p[0]
buf2[] = , addr: //棧底,0xbff5abab,高位址--->&p[6]:越界,值随機
m = -, addr:
n = -, addr:
p[] = , addr: //&buf2[0]
p[] = , addr: //&buf2[6],越界,無初始值,值随機
p[-] = , addr: //&buf1[0],越界,已有初始值,buf1[0],p[-6]為97
p[-] = , addr: //&a[4]
p[-] = , addr: //&a[4] - 1位元組,大小0x00 = 0
p[-] = , addr: //&a[1] + 1位元組,大小0x00 = 0
p[-] = , addr: //&a[1]
p[-] = , addr: //p[-55]到p[-58]能看出Linux是小端存儲。
p[-] = , addr: //小端存儲:低位址存低位,高位址存高位
p[-] = , addr: //a[0]=1,即:0x01 0x00 0x00 0x00(低位到高位)
p[-] = , addr: //&a[0]
p[-] = -, addr: //&a[0] - 1位元組,越界,無初始值,值随機
入棧順序:
(棧底:高位址)buf2 -> buf1 -> n -> m -> b -> a[4] -> a[0](棧頂:低位址)
&p[6]—&p[0]—&p[-6]——————&p[-42]—&p[-58]—&p[-59]
提醒:指針p越界會出現問題,如果在p[-6] = ‘k’;那麼會導緻因越界覆寫記憶體裡面buf1[0]的值。