Stack Frames - DC

Assembly Language for Intel-Based
Computers, 5th Edition
Kip R. Irvine
Chapter 8: procedimentos
avançados
Slides prepared by Kip R. Irvine
Revision date: June 4, 2006
(c) Pearson Education, 2006-2007. All rights reserved. You may modify and copy this slide show for your personal use,
or for use in the classroom, as long as this copyright statement, the author's name, and the title are not changed.
índice
•
•
•
•
Stack Frames
Recursão
INVOKE, ADDR, PROC e PROTO
MACROS
Irvine, Kip R. Assembly Language for Intel-Based Computers 5/e, 2007.
Web site
Examples
2
Stack Frames
•
•
•
•
•
Parâmetros de pilha
Variáveis locais
Instruções ENTER e LEAVE
Diretiva LOCAL
Procedimento WriteStackFrame Seção
seguinte
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Web site
Examples
3
Parâmetros de pilha
• Mais conveniente que parâmetros de registradores
• Duas possíveis formas de chamar DumpMem. Qual
é a mais fácil?
pushad
mov esi,OFFSET array
mov ecx,LENGTHOF array
mov ebx,TYPE array
call DumpMem
popad
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push
push
push
call
TYPE array
LENGTHOF array
OFFSET array
DumpMem
Web site
Examples
4
Stack Frame
• Também conhecido como activation record
• Área da pilha destinada para o endereço de retorno, passagem de
parâmetros, registradores salvos,e variáveis locais
• Criado pelos seguintes passos:
• O programa chamador salva os argumentos na pilha e chama o
procedimento.
• O procedimento chamado salva EBP na pilha e carrega o valor de
ESP em EBP.
•EBP passa a ser base para os parâmetros do
procedimento chamado.
• Se variáveis locais são necessárias, uma constante é subraída de
ESP para abrir espaço na pilha.
5
Web site Examples
Acesso explícito a parâmetros de pilha
• Um procedimento pode acessar explicitamente parâmetros de pilha usando
offset constante em EBP1.
• Exemplo: [ebp + 8]
• EBP é chamado de base pointer ou frame pointer porque contem o
endereço da base do stack frame.
• EBP não muda de valor durante a execução do procedimento.
• EBP deve ser restaurado com seu valor original quando o procedimento
termina.
1 BP in Real-address mode
Web site
Examples
6
Instrução RET
• Retorna da subrotina
• Recupera (Pop) o ponteiro de instrução (EIP ou IP).
O controle é transferido para o endereço recuperado.
• Sintaxe:
• RET
• RET n
• Operando opcional n causa pop de n bytes da pilha
após EIP (ou IP) receber o endereço de retorno.
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Examples
7
Exemplo de Stack Frame
.data
sum DWORD ?
.code
push 6
push 5
call AddTwo
mov sum,eax
AddTwo PROC
push ebp
mov ebp,esp
.
.
;
;
;
;
second argument
first argument
EAX = sum
save the sum
00000006
[EBP + 12]
00000005
[EBP + 8]
return address
[EBP + 4]
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EBP
EBP, ESP
Web site
Examples
8
AddTwo Procedure
(1 de 2)
• Reescrevendo AddTwo Procedure
AddTwo PROC,
val1:DWORD, val2:DWORD
mov eax,val1
add eax,val2
ret
AddTwo ENDP
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Examples
9
AddTwo Procedure
(2 de 2)
• MASM gera o seguinte código quando é montado AddTwo
(do slide anterior):
AddTwo PROC,
val1:DWORD, val2:DWORD
push ebp
mov ebp, esp
mov eax,val1
add eax,val2
leave
ret 8
AddTwo ENDP
A instrução LEAVE resume-se em:
mov
pop
esp,ebp
ebp
AddTwo PROC,
val1:DWORD, val2:DWORD
mov eax,val1
add eax,val2
AddTwo ENDP
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Examples
10
Passando Argumentos por Referência
(1 de 2)
• O procedimento ArrayFill preenche um vetor com
inteiros aleatórios de 16-bits
• O programa chamador passa o endereço do vetor, e
o número de elementos:
.data
count = 100
array WORD count DUP(?)
.code
push OFFSET array
push COUNT
call ArrayFill
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Examples
11
Passando Argumentos por Referência
(2 de 2)
ArrayFill pode referenciar um vetor sem saber o nome :
ArrayFill PROC
push ebp
mov ebp,esp
pushad
mov esi,[ebp+12]
mov ecx,[ebp+8]
.
.
offset(array)
[EBP + 12]
count
[EBP + 8]
return address
EBP
EBP
ESI aponta para o início do vetor, para facilitar o uso de um loop
para acessar cada elemento. View the complete program.
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Examples
12
Variáveis locais
• Para criar variáveis locais explicitamente, subtrair o
seu tamanho de ESP.
• O seguinte exemplo cria e inicializa duas variáveis
locais de 32-bits( locA e locB):
MySub PROC
push ebp
mov ebp,esp
sub esp,8
mov [ebp-4],123456h
mov [ebp-8],0
.
.
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; locA
; locB
Web site
Examples
13
Instrução LEA
• A instrução LEA retorna os offsets dos operandos
• Mais genérico que o operador OFFSET que pode
retornar somente offsets de constantes.
• LEA é requerida para a obtenção de offset de um
parâmetro de pilha ou variável local. Por exemplo:
CopyString PROC,
count:DWORD
LOCAL temp:BYTE
mov
mov
lea
lea
edi,OFFSET count
esi,OFFSET temp
edi,count
esi,temp
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;
;
;
;
invalid operand
invalid operand
ok
ok
Web site
Examples
14
Sua vez . . .
• Criar um procedimento Difference que subtrai o
primeiro argumento do segundo. Exemplo:
push 14
push 30
call Difference
Difference PROC
push ebp
mov ebp,esp
mov eax,[ebp + 8]
sub eax,[ebp + 12]
pop ebp
ret 8
Difference ENDP
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; first argument
; second argument
; EAX = 16
; second argument
; first argument
Web site
Examples
15
Classificação de parâmetros
• Parâmetro de entrada é um dado passado do programa chamador para o
procedimento.
• O procedimento chamado não modifica o parâmetro. A modificação é
confinada somente dentro do procedimento.
• Um parâmetro de saída é criado passando um ponteiro a uma variável
quando um procedimento é chamado.
• O procedimento não usa o valor existente na variável, mas coloca um
novo valor antes do retorno.
• Um parâmetro de entrada-saída é um ponteiro para uma variável
contendo uma entrada que será usada e modificada pelo procedimento.
• A variável passada pelo programa chamador é modificada.
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Examples
16
Exemplo: trocando dois inteiros
O procedimento Swap troca valores de dois inteiros de 32 bits. pValX e
pValY não trocam valores, mas os inteiros que eles apontam são
modificados.
Swap PROC USES eax esi edi,
pValX:PTR DWORD,
; pointer to first integer
pValY:PTR DWORD
; pointer to second integer
mov esi,pValX
mov edi,pValY
mov eax,[esi]
xchg eax,[edi]
mov [esi],eax
ret
Swap ENDP
; get pointers
; get first integer
; exchange with second
; replace first integer
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Examples
17
ENTER e LEAVE
• Instrução ENTER cria um stack frame para um procedimento
chamado: tem dois operandos sendo o primeiro o número de bytes e o
segundo o nível de “aninhamento” (nesting level)
• salva EBP na pilha e novo EBP aponta para a base do stack frame
• Reserva espaço para variáveis locais
• Exemplo:
MySub PROC
enter 8,0
• Equivale a:
MySub PROC
push ebp
mov ebp,esp
sub esp,8
Web site
Examples
18
Diretiva LOCAL
• Uma variável local é criada, usada, e destruída dentro de um procedimento
• A diretiva LOCAL declara uma lista de variáveis locais
• Segue imediatamente à diretiva PROC
• É atribuído um tipo a cada variável
• Sintaxe:
LOCAL varlist
Exemplo:
MySub PROC
LOCAL var1:BYTE, var2:WORD, var3:SDWORD
LOCAL substitui ENTER, atribuindo nomes às variáveis locais
Web site
Examples
19
Exemplo de LOCAL
(1 de 2)
BubbleSort PROC
LOCAL temp:DWORD, SwapFlag:BYTE
. . .
ret
BubbleSort ENDP
MASM gera o seguinte código:
BubbleSort PROC
push ebp
mov ebp,esp
add esp,0FFFFFFF8h
. . .
mov esp,ebp
pop ebp
ret
BubbleSort ENDP
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; add -8 to ESP
Web site
Examples
20
Exemplo de LOCAL
(2 de 2)
Diagrama do stack frame para o procedimento BubbleSort:
return address
EBP
ESP
EBP
temp
[EBP - 4]
SwapFlag
[EBP - 8]
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Examples
21
Variáveis locais Non-Doubleword
• Variáveis locais podem ser de diferentes tamanhos
• Como são criadas numa pilha com a diretiva LOCAL:
• 8-bit: no próximo byte da pilha
• 16-bit: no próximo word da pilha
• 32-bit: no próximo doubleword da pilha
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Examples
22
Local Byte Variable
Example1 PROC
LOCAL var1:BYTE
mov al,var1
ret
Example1 ENDP
; [EBP - 1]
Web site
Examples
23
Procedimento WriteStackFrame
• Mostra o conteúdo do stack frame corrente
• Protótipo:
WriteStackFrame PROTO,
numParam:DWORD,
; number of passed parameters
numLocalVal: DWORD, ; number of DWordLocal variables
numSavedReg: DWORD ; number of saved registers
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Examples
24
Exemplo de WriteStackFrame
main PROC
mov eax, 0EAEAEAEAh
mov ebx, 0EBEBEBEBh
INVOKE aProc, 1111h, 2222h
exit
main ENDP
aProc PROC USES eax ebx,
x: DWORD, y: DWORD
LOCAL a:DWORD, b:DWORD
PARAMS = 2
LOCALS = 2
SAVED_REGS = 2
mov a,0AAAAh
mov b,0BBBBh
INVOKE WriteStackFrame, PARAMS, LOCALS, SAVED_REGS
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Examples
25
Seção seguinte
•
•
•
•
Stack Frames
Recursão
INVOKE, ADDR, PROC e PROTO
MACROS
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Examples
26
Recursão
• O que é recursão?
• Calcular recursivamente uma soma
• Cálculo de um Fatorial
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Examples
27
O que é recursão?
• Um processo criado quando . . .
• Um procedimento chama a si próprio
• Procedimento A chama procedimento B, que por sua vez
chama o procedimento A
• Usando um grafo em que cada nó é um procedimento e cada
aresta é uma chamada de procedimento, a recursão forma um
ciclo:
A
E
B
D
C
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Examples
28
Calcular recursivamente uma soma
O procedimento CalcSum calcula recursivamente a soma de um
vetor de inteiros. Recebe: ECX = count. Retorna: EAX = sum
CalcSum PROC
cmp ecx,0
jz L2
add eax,ecx
dec ecx
call CalcSum
L2: ret
CalcSum ENDP
;
;
;
;
;
check counter value
quit if zero
otherwise, add to sum
decrement counter
recursive call
Stack frame:
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Examples
29
Calculando um fatorial
(1 de 3)
Esta função calcula o fatorial do inteiro n. Um novo valor de n
é salvo em cada stack frame:
int function factorial(int n)
{
if(n == 0)
return 1;
else
return n * factorial(n-1);
}
recursive calls
backing up
5! = 5 * 4!
5 * 24 = 120
4! = 4 * 3!
4 * 6 = 24
3! = 3 * 2!
3*2=6
2! = 2 * 1!
2*1=2
1! = 1 * 0!
1*1=1
0! = 1
1=1
A cada retorno de uma chamada
recursiva, o produto que retorna é
multiplicado pelo valor prévio de n.
(base case)
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Examples
30
Calculando um fatorial
Factorial PROC
push ebp
mov ebp,esp
mov eax,[ebp+8]
cmp eax,0
ja
L1
mov eax,1
jmp L2
L1: dec eax
push eax
call Factorial
;
;
;
;
(2 de 3)
get n
n < 0?
yes: continue
no: return 1
; Factorial(n-1)
; Instructions from this point on execute when each
; recursive call returns.
ReturnFact:
mov ebx,[ebp+8]
mul ebx
; get n
; eax = eax * ebx
L2: pop ebp
ret 4
Factorial ENDP
; return EAX
; clean up stack
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Examples
31
Calculando um fatorial
(3 de 3)
12
n
ReturnMain
Supondo o cálculo de 12!
O diagrama mostra os
primeiros stack frames
criados por chamadas
recursivas a Factorial
Cada chamada recursiva
usa 12 bytes do espaço
de pilha.
ebp0
11
n-1
ReturnFact
ebp1
10
n-2
ReturnFact
ebp2
9
n-3
ReturnFact
ebp3
(etc...)
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Examples
32
Seção seguinte
•
•
•
•
Stack Frames
Recursão
INVOKE, ADDR, PROC e PROTO
MACROS
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Web site
Examples
33
INVOKE, ADDR, PROC e PROTO
•
•
•
•
•
•
Diretiva INVOKE
Operador ADDR
Diretiva PROC
Diretiva PROTO
Classificação de Parâmetros
Exemplo: troca de dois inteiros
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Web site
Examples
34
Diretiva INVOKE
• A diretiva INVOKE é uma poderosa substituição para a instrução CALL
que permite a passagem de múltiplos argumentos
• Sintaxe:
INVOKE procedureName [, argumentList]
• ArgumentList é uma lista opcional delimitada por vírgula de argumentos
de procedimento
• Argumentos podem ser:
• Valores imediatos e expressões inteiras
• Nomes de variáveis
• Endereços e expressões ADDR
• Nomes de registradores
Web site
Examples
35
Exemplos de INVOKE
.data
byteVal BYTE 10
wordVal WORD 1000h
.code
; direct operands:
INVOKE Sub1,byteVal,wordVal
; address of variable:
INVOKE Sub2,ADDR byteVal
; register name, integer expression:
INVOKE Sub3,eax,(10 * 20)
; address expression (indirect operand):
INVOKE Sub4,[ebx]
Web site
Examples
36
Operador ADDR
• Retorna um ponteiro de uma variável:
• Exemplo:
.data
myWord WORD ?
.code
INVOKE mySub,ADDR myWord
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Examples
37
Diretiva PROC
(1 de 2)
• A diretiva PROC declara um procedimento com uma
lista opcional de parâmetros.
• Sintaxe:
label PROC paramList
• paramList é uma lista de parâmetros separados por
vírgulas. Cada parâmetro tem a seguinte sintaxe:
paramName : type
type deve ser um dos tipos padrões (BYTE, SBYTE,
WORD, etc.), ou um ponteiro a um desses tipos.
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Web site
Examples
38
Diretiva PROC
(2 de 2)
• Os formatos alternativos permitem lista de parâmetros
serem em uma ou mais linhas separadas:
label PROC,
comma required
paramList
• Os parâmetros podem ser na mesma linha . . .
param-1:type-1, param-2:type-2, . . ., param-n:type-n
• Ou podem ser em linhas separadas:
param-1:type-1,
param-2:type-2,
. . .,
param-n:type-n
Web site
Examples
39
Procedimento AddTwo
(1 de 2)
• O procedimento AddTwo recebe dois inteiros e retorna a
soma em EAX.
AddTwo PROC,
val1:DWORD, val2:DWORD
mov eax,val1
add eax,val2
ret
AddTwo ENDP
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Web site
Examples
40
Exemplos de PROC
(2 de 3)
FillArray recebe um ponteiro a um vetor de bytes, um único
byte que é copiado a cada elemento do vetor, e o tamanho do
vetor.
FillArray PROC,
pArray:PTR BYTE, fillVal:BYTE
arraySize:DWORD
mov ecx,arraySize
mov esi,pArray
mov al,fillVal
L1: mov [esi],al
inc esi
loop L1
ret
FillArray ENDP
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Web site
Examples
41
Exemplos de PROC
(3 de 3)
Swap PROC,
pValX:PTR DWORD,
pValY:PTR DWORD
. . .
Swap ENDP
ReadFile PROC,
pBuffer:PTR BYTE
LOCAL fileHandle:DWORD
. . .
ReadFile ENDP
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Web site
Examples
42
Diretiva PROTO
• Cria um protótipo de procedimento
• Sintaxe:
• label PROTO paramList
• Todo procedimento chamado pela diretiva INVOKE
deve ter um protótipo
• Uma definição de procedimento completa pode
também servir como o próprio protótipo
Web site
Examples
43
Diretiva PROTO
• Configuração padrão: PROTO aparece no topo da listagem do
programa, INVOKE aparece no segmento de código, e a
implementação do procedimento ocorre depois.
MySub PROTO
; procedure prototype
.code
INVOKE MySub
; procedure call
MySub PROC
.
.
MySub ENDP
; procedure implementation
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Web site
Examples
44
Exemplo de PROTO
• Protótipo para o procedimento ArraySum , mostrando
a sua lista de parâmetros:
ArraySum PROTO,
ptrArray:PTR DWORD,
szArray:DWORD
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; points to the array
; array size
Web site
Examples
45
Seção seguinte
•
•
•
•
Stack Frames
Recursão
INVOKE, ADDR, PROC e PROTO
MACROS
Web site
Examples
46
Macros
•
•
•
•
Introducing Macros
Defining Macros
Invoking Macros
Macro Examples
Web site
Examples
47
Introducing Macros
• A macro1 is a named block of assembly language
statements.
• Once defined, it can be invoked (called) one or more
times.
• During the assembler's preprocessing step, each
macro call is expanded into a copy of the macro.
• The expanded code is passed to the assembly step,
where it is checked for correctness.
1Also
called a macro procedure.
Web site
Examples
48
Defining Macros
• A macro must be defined before it can be used.
• Parameters are optional.
• Each parameter follows the rules for identifiers. It is
a string that is assigned a value when the macro is
invoked.
• Syntax:
macroname MACRO [parameter-1, parameter2,...]
statement-list
ENDM
Web site
Examples
49
mNewLine Macro Example
This is how you define and invoke a simple macro.
mNewLine MACRO
call Crlf
ENDM
.data
.code
mNewLine
; define the macro
; invoke the macro
The assembler will substitute "call crlf" for
"mNewLine".
Web site
Examples
50
mPutChar Macro
Writes a single character to standard output.
Definition:
Invocation:
Expansion:
mPutchar MACRO char
push eax
mov al,char
call WriteChar
pop eax
ENDM
.code
mPutchar 'A'
1
1
1
1
push eax
mov al,'A'
call WriteChar
pop eax
Web site
viewed in
the listing
file
Examples
51
Invoking Macros (1 of 2)
• When you invoke a macro, each argument you pass
matches a declared parameter.
• Each parameter is replaced by its corresponding
argument when the macro is expanded.
• When a macro expands, it generates assembly
language source code.
• Arguments are treated as simple text by the
preprocessor.
Web site
Examples
52
Invoking Macros (2 of 2)
Relationships between macros, arguments, and parameters:
macro
invocation
statement
passes
text
consists
of
assembly
code
argument
generates
replaces
parameter
declared
inside
macro
Web site
Examples
53
mWriteStr Macro
(1 of 2)
Provides a convenient way to display a string, by
passing the string name as an argument.
mWriteStr MACRO buffer
push edx
mov edx,OFFSET buffer
call WriteString
pop edx
ENDM
.data
str1 BYTE "Welcome!",0
.code
mWriteStr str1
Web site
Examples
54
mWriteStr Macro (2 of 2)
The expanded code shows how the str1
argument replaced the parameter named buffer:
mWriteStr
push
mov
call
pop
ENDM
MACRO buffer
edx
edx,OFFSET buffer
WriteString
edx
1
1
1
1
edx
edx,OFFSET str1
WriteString
edx
push
mov
call
pop
Web site
Examples
55
mReadStr
The mReadStr macro provides a convenient wrapper
around ReadString procedure calls.
mReadStr MACRO varName
push ecx
push edx
mov edx,OFFSET varName
mov ecx,(SIZEOF varName) - 1
call ReadString
pop edx
pop ecx
ENDM
.data
firstName BYTE 30 DUP(?)
.code
mReadStr firstName
Web site
Examples
56
mGotoXY
The mGotoXY macro sets the console cursor position by
calling the Gotoxy library procedure.
mGotoxy
push
mov
mov
call
pop
ENDM
MACRO X:REQ, Y:REQ
edx
dh,Y
dl,X
Gotoxy
edx
The REQ next to X and Y identifies them as
required parameters.
Web site
Examples
57
mDumpMem
The mDumpMem macro streamlines calls to the link
library's DumpMem procedure.
mDumpMem MACRO address, itemCount, componentSize
push ebx
push ecx
push esi
mov esi,address
mov ecx,itemCount
mov ebx,componentSize
call DumpMem
pop esi
pop ecx
pop ebx
ENDM
Web site
Examples
58
mDump
The mDump macro displays a variable, using its known
attributes. If <useLabel> is nonblank, the name of the
variable is displayed.
mDump MACRO varName:REQ, useLabel
IFB <varName>
EXITM
ENDIF
call Crlf
IFNB <useLabel>
mWrite "Variable name: &varName"
ELSE
mWrite " "
ENDIF
mDumpMem OFFSET varName, LENGTHOF varName,
TYPE varName
ENDM
Web site
Examples
59
mWrite
The mWrite macro writes a string literal to standard output.
It is a good example of a macro that contains both code
and data.
mWrite MACRO text
LOCAL string
.data
string BYTE text,0
.code
push edx
mov edx,OFFSET string
call Writestring
pop edx
ENDM
;; data segment
;; define local string
;; code segment
The LOCAL directive prevents string from becoming a
global label.
Web site
Examples
60
The End
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Web site
Examples
61