C｜函数调用的栈帧机制与数组越界、缓冲区溢出 _数组

0 前置知识0.1 程序加载和数据存储
程序运行前要将代码加载到内存的代码区，包括全局变量和静态变量也要同时加载。
堆区内存可以在程序运行时动态申请。
栈区是由程序重复利用的存储区域，通过两个寄存器ebp和esp存储栈区的相对地址来控制栈区空间的重复使用。函数调用时，开辟一个函数需要的栈区空间，称为一个栈帧。函数返回时，偏移ebp和esp的值，让栈空间可以重新使用此前函数调用占用的空间。
以下是windows平台一个程序运行时的内存分配机制：
0.2 函数调用
函数调用看似简单，其实是一个挺复杂的过程。当涉及到逐级调用时，代码需要能够回到最初的调用点。
例如一个人旅行，当经过若干十字路口时，如何正确回到最初开始位置？一个可行的方案是，每经过一个路口，用一张扑克牌记下当时路口的状态，每经过一个路口即使用一张牌，并放在已使用的扑克牌上面，当返回时，依次从上面拿牌读取信息即可回溯到原来位置。这种扑克牌的放与取就是所谓的栈的“后进先出”机制。
函数调用也要使用类似的机制，由编译器完成。每一级函数调用对应一个栈帧（如同扑克牌），记录参数值，返回地址，一些寄存器状态，局部变量值。主调函数与被调函数如何分工完成这些任务，不同的调用约定有不同的分工。

0.3 数组名在一定的上下文中转换为指向数组首元素的指针
数组也是如此，看似简单，实则复杂。
数组名在一定上下文中会转换为一个指向数组首元素的指针，为什么会这样，当然有其合理性。
首先了解一下指针的算术运算。（栈内存空间地址是逆增长的）
void foo(int a){ int f = 45; int *ptr = &f; *(ptr+1) = 12; // 编译通过，运行时错误，试图修改ebp *(ptr+2) = 34; // 编译通过，运行时错误，试图修改函数返回地址 *(ptr+3) = 56; // 试图修改保存函数实参值的栈内存单元 int *p = (int*)malloc(sizeof(int)*5); *(p+3) = 23; // p[3] = 23;}p+n ，是一个相对于ptr的偏移n个int地址空间的地址值。
编译器会计算p+sizeof(int) ，至于偏移的是否是有效合法的地址， C编译器不管。
ptr+n也是如此。
如有数组int arr[64] = {0};

数组名是一个基地址，其索引表示地址的偏移量。arr[i]写法是指针算术运算*(arr+i)的语法糖。编译器要考虑指针的算术运算有实用的意义， C编译器的规定是arr+i ，其地址不是简单偏移 i 个字节，这样没有意义，而是sizeof(指向的类型)的长度的字节数，这样才有意义，其计算由编译器完成，当指针类型是数组时，偏移 i 个数组的长度没有任何意义，偏移 i 个数组元素的长度才有实际意义，这也是C编译器的规定。如：
int a[3][4][5]; // a的类型是int[3][4][5] ，元素的类型是int[4][5] ， int (*p)[4][5] = a; a + 2; // 偏移的地址是a + 2* sizeof(int)*4*5 int b[4][5]; // b的类型是int[4][5] ，元素的类型是int[5] ， int (*p)[5] = b; b + 2; // 偏移的地址是b + 2* sizeof(int)*5 int c[5];// c的类型是int[5] ，元素的类型是int ， int *p = c; c + 2; // 偏移的地址是b + 2* sizeof(int)C编译器只负责偏移地址的计算，对于数组是否越界，地址是否合法并不在编译时检查。
arr[i]的 i 可以是任意signed int ，越界时就会访问到相邻栈内存。
0.4 一些简单的汇编代码
1、mov——传送指令
定义：把一个字节、字或双字的操作数从源位置传送到目的位置，可以实现立即数到通用寄存器或主存的传送，通用寄存器与通用寄存器、主存或段寄存器之间的传送，主存与段寄存器之间的传送。
举例：mv ebp, esp
解释：相当于C语言中赋值语句= ， ebp=esp
2、push——进栈指令
定义：进栈指令push先将ESP减小作为当前栈顶，然后可以将立即数、通用寄存器和段寄存器或存储器操作数传送到当前栈顶。
格式：push src

举例：push ebp
解释：相当于C语言中esp+=4, *esp=ebp

C｜函数调用的栈帧机制与数组越界、缓冲区溢出

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