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學了那么久,你還不懂指標嗎?帶你看看別人是怎么把指標按在地上摩擦

2021-02-28 06:11:38 後端開發

以下文章來源于程式員入門進階 ,作者明哥

 

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不要陷在指標里面,最好的方法是跳出指標,我們從最終結果來思考問題,于是我的解題思路總是很偏,但是直指本質,

 

我們寫一段代碼:

 

編譯,反編譯,反編譯這里我們用objdump -d hello >1.txt,如果你是用IDA,會發現出來的匯編不一樣,因為各種格式的匯編,有不同的寫法,這里主要就是Intel和AT&T,GNU遵循的是AT&T的寫法,

 

在里面找到我們的add 和main

這里我不會展開去講AT&T,這個玩意就是查表,我這里主要講幾個內容,這個非常重要,匯編語言中自己要關注堆疊平衡,再一個就是暫存器的保存與恢復,第三個就是呼叫引數約定,

 

舉例來說,add %edx,%eax ,這個的結果在哪里?這個都是指令直接就決定的,也就是我們的CPU設計時候,它的這條指令執行完,資料會放在哪里,

 

我們看到的main方法中的

 

mov $0x6,%esi

mov $0x5,%edi

 

這兩個就是我們add方法執行的兩個引數,它賦值到這兩個暫存器,那么在用這兩個暫存器,是不是要把暫存器當前的值保存下來呢?所以你能看到緊挨著上面的就是保存動作,

 

然后callq 呼叫add方法,這里我們看緊跟著的 mov %eax ,-0x4(%rbp) ,我們剛才說了add方法執行后,eax里面是結果,

 

這里將%eax的值放到了 %rbp暫存器-0x4的地方,這個地方是什么?是堆疊,具體到代碼中,就是sum的位置,

 

int sum =add(5,6);的執行程序就是這樣的,我這里分享一個圖,主要說的是傳參的約定,我們知道呼叫函式時候是有引數的約定,其實二進制這里也是有的,這個叫做System V ABI ,

 

 

我一般是怎么掌握這些規則,去寫匯編,一般就是用C寫一些,編譯,反匯編來看,這個大家可以參考一本書,

 

 

我們編譯完的程式,是沒有sum這個變數,在執行的代碼中,都是變成了具體的位置,這里簡單說下就是堆還是堆疊,區域變數是在堆疊上面,區域靜態變數是在堆上面,

 

全域資料分兩類,一類是初始化的全域變數,一類是未初始化的,未初始化的運行時候系統會默認給初始化為0(但是不要以為它就必須是0,這個就是跟運行機制有關,我們寫代碼一定記住,不要去嘗試依賴外部不確定的因素)

 

全域資料區分為 data rodata 和 bss ,rodata這個就是read only,只讀區域這個是由加載器加載程式進入行程時候,會對這個資料區域的page,做設定,設定只讀,如果后續在這里寫入資料,就會報錯,

 

data就是我們常規的資料,舉例就是 int a=100;這類全域變數會放在data區域,而我們如果是int a;這個全域變數,就會放置到bss,這個區域叫做全域未初始化區域,這個跟data的區別在于,這個bss在程式中不占用大小,只是在加載時候會在記憶體中占用大小,

 

text區域就是代碼段,

 

說到這里,我這里再說一個內容,我們在看到代碼時候,發現printf這個函式,后面有個plt,

 

 

我們來說下這個plt,plt的意思是,這個方法不在這個程式里面,是在外面的,而對應的位置,這里就是4003f0,這個位置是什么?我們知道printf是在glibc.so ,這里用的動態庫,

 

我們程式要跑起來,是要補全這里的printf的執行塊的,系統的做法就是,先放置一個占位位置,然后程式加載的時候,加載器知道這里需要一個printf的真實地址,這些需要放置地址的區域,統一在plt這個區域里面,在這個位置放入真正的printf的入口點,

 

聽起來很繞,我們用一個例子,你就能明白了,但是這里的例子,估計又牽扯進來新的概念,大家先理解下吧,

 

typedef int (*operate)(int a,int b);這個定義了一個型別,型別是一個有兩個引數,一個回傳值的函式型別,我們平時的型別就是int,這里是一個函式的型別,

 

然后宣告一個串列,把add,和sub放進來,我們直接呼叫即可,這里就想給大家說,這個是可以放置一個函式名的,等下我們繼續操作,就能夠更深入的理解這個函式名,

 

那么看到這里,我們開始真正進入指標的世界,我們來理解指標,我的操作就是,編譯,反匯編,我們先看下代碼:

 

這里我們引入了指標p,儲存了變數a的地址,然后*p代表拿出p地址里面的內容,我們看下反編譯匯編,分析下這個程序,

 

這里mov $0x5,-0xc(%rbp)將5放入rbp-0xc的位置,lea -0xc(%rbp),%rax   mov %rax,-0x18(%rbp) 這兩句話的意思是,拿到 -0xc(%rbp)的地址,放入 -0x18(%rbp)位置,也就是指標p的位置,

 

這里的mov (%rax),%eax 指的意思是,將rax里面的值讀出來,找到這個值對應的地址的內容,存盤到%eax里面,這里可以用c語言寫就是,int c=*p;

 

從這里面我想說的就是,我們的指標,這些,在匯編形態下,不過是兩種型別,一個是讀取暫存器的值,一個是讀取把暫存器中的值當做地址對應位置的值,

 

我們只要這樣子去理解,基本上就能清晰的了解指標,指標所存盤的值,我們一般都是用它所指向的地址內容,它本身的地址只是途徑,類似于我們在圖書館查出來書的序號A-1-303,我們真正要的是這個位置的那本書,

 

當我們理解了這個,這里的add函式就是個地址,我們這么來看下,

 

 

我們直接用void *p=add;然后把這個p讓編譯器按照add對應的引數,回傳型別去呼叫,這樣子就可以用到add函式,

 

int 這類我們就能理解了,那么我們再來說下int[];這個看完匯編陳述句,一下子就明白了,我們說過一點,就是在真實的計算機上面,執行的是指令,指令理解就兩類,一個是值,一個是地址,也可以理解成直接參考,間接參考,

 

 

 

這里想說的是,array在編譯器里面,就是理解成一個指標,指向了一個int陣列,我們把array賦值到p指標,發現p[1]跟array[1]是一樣的,我們看反匯編代碼:列印陳述句改成printf("p[1]=%d,array[1]=%d\n",p[1],array[1]);,來比對下,

 

 

這里陣列的取值,直接被優化了,直接用的mov -0x1c(%rbp),%edx 從上面的存盤可以看到,這個位置直接就是array[1],具體指令是movl $0x2,-0x1c(%rbp),我們指標的獲取,這里很明確,拿到陣列起始地址,用add %0x4,%rax,進行了偏移,找到了p[1]位置,

 

這里分享下,地址的+1,指的是地址所指向的內容的大小,進行偏移,理解了這個,再去理解陣列,就很好理解了,

 

我們把代碼改成

 

 

long *p=array;

printf("p[1]=%d,array[1]=%d\n",(int)(p[1]),array[1]);

 

列印出來就不一樣了,原因就是p+1,是加的sizeof(long) 的大小,也就是它所指向的內容所代表的大小,所以我們再來說下,

 

int array[3][5]={1,2,3,4,5,

 6,7,8,9,10,

11,12,13,14,15};

 

然后 int (*p)[5] =array; 那么p[1][0]是多少呢?我們前面說了,p+1是依據它指向的大小,這里就是 int [5]  的大小,所以就是輸出的6,這里也就是array實際就是一個指向一行五個int的一個陣列指標,

 

核心一句話,指標的+1是根據指向的資料大小決定,同時在指令級別去看,只有兩種決議,就是值和地址,

 

C/C++應用于Windows作業系統,驅動、補丁,影像處理、音視頻處理,工業控制軟體、嵌入式(手機、智能機)等領域,C++ 已經成為了最受開發人員歡迎的語言之一,鞏固了全球的系統和服務,

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