Question

我只是在学习汇编中的功能和堆栈框架等，因此我在运行递归算法以查看会发生什么时一直在看gdb中的堆栈框架。

如果我在C中运行一些递归代码，则堆栈看起来就像我期望的那样-每次调用函数时在堆栈上的一个对象。在递归阶乘函数的最低递归级别上，堆栈框架如下所示：（这是gdb中的回溯，在函数的第一行带有一个断点。）

(gdb) bt
#0  factorial (n=1) at recursion.c:20
#1  0x00005555555551c7 in factorial (n=2) at recursion.c:21
#2  0x00005555555551c7 in factorial (n=3) at recursion.c:21
#3  0x00005555555551c7 in factorial (n=4) at recursion.c:21
#4  0x00005555555551c7 in factorial (n=5) at recursion.c:21
#5  0x00005555555551c7 in factorial (n=6) at recursion.c:21
#6  0x00005555555551c7 in factorial (n=7) at recursion.c:21
#7  0x00005555555551c7 in factorial (n=8) at recursion.c:21
#8  0x00005555555551c7 in factorial (n=9) at recursion.c:21
#9  0x00005555555551c7 in factorial (n=10) at recursion.c:21
#10 0x000055555555517f in main (argc=2, args=0x7fffffffe768) at recursion.c:13

我的C代码是这样的：

int factorial (int n)
{   
    if (n <= 1) return 1;
    return n * factorial(n-1);
}

现在，我在汇编中也这样做（我从Rey Seyfarth的书“ 64位汇编编程简介”中复制了此代码，因此我认为它是正确的），无论递归的深度如何，堆栈框架看起来都像这样：（第50行是call fact行）。

(gdb) bt
#0  fact () at fact.asm:40
#1  0x00000000004011a8 in greater () at fact.asm:50
#2  0x0000000000000000 in ?? ()

阶乘函数的代码是这样的-在这种情况下，断点位于sub rsp, 16行：

fact:                                   ; recursive function
n       equ     8

        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16                 ; make room for n
        cmp     rdi, 1                  ; end recursion if n=1
        jg      greater
        mov     eax, 1
        leave
        ret

greater:
        mov     [rsp+n], rdi            ; save n
        dec     rdi                     ; call fact with n-1
        call    fact
        mov     rdi, [rsp+n]            ; restore original n
        imul    rax, rdi
        leave
        ret

实际上，在这种情况下，回溯的输出确实使我感到困惑。如果在调用事实函数（dec rdi）之前将断点放在行上，则结果通常是这样的：

(gdb) bt
#0  greater () at fact.asm:49
#1  0x0000000000000000 in ?? ()

但是事实上，这是第五次：

(gdb) bt
#0  greater () at fact.asm:49
#1  0x00007ffff7f94be0 in ?? () from /usr/lib/libc.so.6
#2  0x0000000000000006 in ?? ()
#3  0x00007fffffffe5f0 in ?? ()
#4  0x00000000004011a8 in greater () at fact.asm:50
#5  0x0000000000000000 in ?? ()

然后在第七次通话中，这是

(gdb) bt
#0  greater () at fact.asm:49
#1  0x0000003000000008 in ?? ()
#2  0x0000000000000004 in ?? ()
#3  0x00007fffffffe5b0 in ?? ()
#4  0x00000000004011a8 in greater () at fact.asm:50
#5  0x0000000000000000 in ?? ()

我的问题：

为什么堆栈的行为与C语言不同？
为什么我最后得到的东西，似乎是垃圾，偶尔输出？

谢谢！

Answer 1

为什么堆栈的行为与C语言不同？

堆栈本身的行为完全相同 -处理器不在乎程序是编译的C还是手写的程序集。

不是的行为是GDB对栈是什么的解释。

在x86_64上（与SPARC不同），除非您知道当前调用堆栈链中的每个函数如何对其进行调整，否则无法正确地展开堆栈。

GDB使用展开描述符，编译器正是为此目的将其写入输出。这是blog post的解包过程。

您的C程序具有展开描述符（使用readelf -wf a.out查看它们），但是您的汇编程序没有。

为什么我有时会输出最后似乎是垃圾的东西？

在没有展开描述符的情况下，GDB尝试应用启发式方法以尽其所能，并在遇到无法向上移动的堆栈级别时放弃。究竟发生在哪里取决于堆栈的内容，但实际上并不重要：GDB有效地查看了垃圾数据（因为它不知道在哪里正确查找）。

P.S。您可以只用少数几个CFI directives来扩充汇编程序，以创建适当的展开描述符，然后GDB会很乐意对其进行处理，除非它看起来像YASM doesn't support CFI。将程序集重写为GAS语法，然后在其中添加CFI指令当然是很简单的。

递归期间堆栈框架的外观。 C与汇编

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