C语言的那些小秘密之函数的调用关系
2016年02月18日 14:10 发布者:designapp
显示函数的调用关系是调试器的必备功能,如果我们在程序的运行中出现了崩溃的情况,通过函数的调用关系可以快速定位问题的根源,懂得函数调用关系的实现原理也可以扩充自己的知识面,在没有调试器的情况下,我们也可以自己来实现显示函数的调用关系。在我们自己动手写backtrace函数之前,先来看看glibc提供的backtrace函数的使用。代码如下:#include
#include
#include
#define MAX_LEVEL 4
static void call2()
{
int i = 0;
void* buffer = {0};
int size=backtrace(buffer, MAX_LEVEL);
for(i = 0; i t.sh;. t.sh;rm -f t.sh
输出结果为:
/home/shiyan/sss.c:12
/home/shiyan/sss.c:27
/home/shiyan/sss.c:34
/home/shiyan/sss.c:40
接下来看看在栈中数据的结构。
函数参数的压栈是从右向左的,即先压最后一个参数,在压倒数第二个,以此类推,最后才压入第一个参数。为了加深大家的印象,下面我给出一个测试代码:
#include
void turn(int x, int y, int z)
{
printf("x = %d at [%X]\n", x, &x);
printf("y = %d at [%X]\n", y, &y);
printf("z = %d at [%X]\n", z, &z);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
turn(1, 2, 3);
return 0;
}
运行结果为:
比较打印出来的地址可以看出参数z的地址是最大的,x的地址最小。
参数的压栈工作完成之后,接下来就依次是EIP、EBP、临时变量的压栈操作了。最后压入的是被调用函数本身,并为它分配临时的变量空间,而对于不同版本的gcc的处理方式各有不同,老版本的gcc第一个临时变量放在最高的地址,第二个其次,依次顺序分布,新版本的gcc则与之相反。
实现backtrace()函数的调用关系,其步骤如下:
1.获取当前函数的EBP;
2.通过EBP获得调用者得EIP;
3.通过EBP获得上一级的EBP;
4.重复这个过程,知道结束。
自己实现的backtrace()函数,代码如下:
#include
#define MAX_LEVEL 4
#define OFFSET 4
int backtrace(void** buffer, int size)
{
int n = 0x23f;
int* p = &n;
int i = 0;
int ebp = p;
int eip = p;
for(i = 0; i t.sh;. t.sh;rm -f t.sh
root@ubuntu:/home/shiyan# ./tt |awk '{print "addr2line "$3" -e tt"}'>t.sh;. t.sh;rm -f t.sh
/home/shiyan/bac.c:32
/home/shiyan/bac.c:47
/home/shiyan/bac.c:54
/home/shiyan/bac.c:60
在此重点介绍下backtrace()函数的实现原理。
通过 int* p = &n;来获取第一个临时变量的位置,因为我使用的是新版本的gcc,有5个临时变量,所以EIP的值存放在p中,EBP的的值存放在p,通过 buffer = (void*)eip;可以把eip的强制转换为可以指向任意类型的指针, 接下来通过 p = (int*)ebp;来获得上一个函数的ebp,获得ebp之后由ebp和eip的位置关系可以得到eip,由于ebp指向的单元存储的是上一个函数的ebp,所以用一个简单的for循环就能实现了。
另外在头文件"execinfo.h"中除了声明backtrace()函数外,还有如下两个函数也用于获取当前线程的函数调用堆栈。
char ** backtrace_symbols (void *const *buffer, int size)
backtrace_symbols将从backtrace函数获取的信息转化为一个字符串数组. 参数buffer应该是从backtrace函数获取的数组指针,size是该数组中的元素个数(backtrace的返回值)
函数返回值是一个指向字符串数组的指针,它的大小同buffer相同.每个字符串包含了一个相对于buffer中对应元素的可打印信息.它包括函数名,函数的偏移地址,和实际的返回地址
现在,只有使用ELF二进制格式的程序和苦衷才能获取函数名称和偏移地址.在其他系统,只有16进制的返回地址能被获取.另外,你可能需要传递相应的标志给链接器,以能支持函数名功能(比如,在使用GNU ld的系统中,你需要传递(-rdynamic)),该函数的返回值是通过malloc函数申请的空间,因此调用这必须使用free函数来释放指针。
注意:如果不能为字符串获取足够的空间函数的返回值将会为NULL。
Function:void backtrace_symbols_fd (void *const *buffer, int size, int fd)
backtrace_symbols_fd与backtrace_symbols 函数具有相同的功能,不同的是它不会给调用者返回字符串数组,而是将结果写入文件描述符为fd的文件中,每个函数对应一行.它不需要调用malloc函数,因此适用于有可能调用该函数会失败的情况。
还是那句话,以上内容难免有误,如有错误,请纠正。