スタックと呼び出し規約

以下の文書はx86についての説明です。

メモリ配置

メモリ配置は以下の図のようになっています。

テキストセグメントには実行されるコード、データセグメントは初期化済みのグローバル変数、bssセグメントには初期化されていないグローバル変数、ヒープセグメントは、mallocなどで動的に確保される変数が配置されます。

今回はスタックに焦点をあてて説明していきます。

スタック

スタックとはメモリ上の領域の1つで、

• 引数の保存
• ローカル変数の保存
• 関数呼び出し

に利用されます。

スタックのアドレスは高値から低位に伸びていき、ebp, espレジスタにスタックのアドレスが保存されます。 以下の画像の様に、ebpは現在の関数のスタックの底を、espはスタックのトップを表しています。

これらのレジスタの値はpush, pop, call, retによって操作されます。

pushすると値がスタックに追加されたあとにespが4(x86_64の場合は8)だけデクリメントされ、popすると値がレジスタに読み込まれてespがインクリメントされます。

callの場合には、eipをリターンアドレスとしてpush, eipを呼び出し関数の先頭にセットします。 retすると、スタックからアドレスを取得してeipにセットします。

スタックフレーム

スタックフレームは以下の様になってます。

リターンアドレスはcall命令によるもので、ebpのアドレスがあるのは、Function prologueによるものです。

Function prologue

Function prologueは関数の先頭で行われる処理のことです。 実際には以下のような処理を行います。 push ebpでは、関数の終了時にebpを復元するために一旦スタックに退避しています。 mov ebp,espでは、現在のebpをespに代入することで、現在のスタックトップをベースにしています。

1
2

push   ebp
mov    ebp,esp

Function epilogue

Function epilogueは関数の最後に行われる処理のことです。 実際には以下のような処理が行われています。

1
2

leave
ret

このleaveという命令は、

1
2

mov esp ebp
pop ebp

と同等の処理を行うものです。

これらは、espをebpに戻して、スタックからebpの値を復元します。 retでは、前のeipの値をスタックからポップして元のコードに戻ります。

calling convention

スタックに引数を積む場合には、呼び出し規則(calling convention)と呼ばれる方法があります。 32bitバイナリでは、関数の引数は逆順にスタックに渡されます。 64bitバイナリでは、関数の引数を渡すのにスタックは使わず、レジスタを利用します。 渡される順番は以下の通りです。

1. rdi
2. rsi
3. rdx
4. r8
5. r9

5個を超えるような場合には32bitバイナリと同様にスタックにプッシュされます。