Procedures and Call Stacks How do I pass arguments to - PDF document

University ¡of ¡Washington ¡ Procedures ¡and ¡Call ¡Stacks ¡ ¢ How ¡do ¡I ¡pass ¡arguments ¡to ¡a ¡procedure? ¡ ¢ How ¡do ¡I ¡get ¡a ¡return ¡value ¡from ¡a ¡procedure? ¡ ¢ Where ¡do ¡I ¡put ¡local ¡variables? ¡ ¢ When ¡a ¡func@on ¡returns, ¡how ¡does ¡it ¡know ¡where ¡to ¡return ¡ to? ¡ ¡ ¢ To ¡answer ¡these ¡ques@ons, ¡we ¡need ¡a ¡ call ¡stack ¡… ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 1 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Memory ¡Layout ¡ 2 N -1 Stack local variables Dynamic Data new' ed variables (Heap) static variables Static Data (including global variables (C)) Literals literals (e.g., “example”) Instructions 0 Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 2 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ Memory ¡Layout ¡ Stack “Automatic” lifetime; writable; not executable mutable Dynamic Data Programmer controlled lifetime; writable; not executable mutable (Heap) Static Data writable; not executable Execution lifetime; mutable Literals Read-only; not executable Execution lifetime; immutable Instructions Execution lifetime; immutable Read-only; executable Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 3 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ IA32 ¡Stack ¡ Stack ¡“BoTom” ¡ ¢ Region ¡of ¡memory ¡managed ¡ ¡ with ¡a ¡stack ¡discipline ¡ ¢ Grows ¡toward ¡lower ¡addresses ¡ Increasing ¡ ¢ Customarily ¡shown ¡“upside-­‑down” ¡ Addresses ¡ ¢ Register ¡ %esp ¡contains ¡ ¡ lowest ¡ ¡stack ¡address ¡ = ¡address ¡of ¡“top” ¡element ¡ Stack ¡Grows ¡ Down ¡ Stack ¡Pointer: ¡ %esp Stack ¡“Top” ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 4 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ IA32 ¡Stack: ¡Push ¡ Stack ¡“BoTom” ¡ ¢ pushl Src ¡ Increasing ¡ Addresses ¡ Stack ¡Grows ¡ Down ¡ Stack ¡Pointer: ¡ %esp Stack ¡“Top” ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 5 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ IA32 ¡Stack: ¡Push ¡ Stack ¡“BoTom” ¡ ¢ pushl Src ¡ § Fetch ¡operand ¡at ¡ Src ¡ Increasing ¡ § Decrement ¡ %esp ¡ by ¡4 ¡ Addresses ¡ § Write ¡operand ¡at ¡address ¡ ¡ given ¡by ¡ %esp Stack ¡Grows ¡ Down ¡ -­‑4 ¡ Stack ¡Pointer: ¡ %esp Stack ¡“Top” ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 6 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ IA32 ¡Stack: ¡Pop ¡ Stack ¡“BoTom” ¡ ¢ popl Dest ¡ Increasing ¡ Addresses ¡ Stack ¡Grows ¡ Down ¡ Stack ¡Pointer: ¡ %esp Stack ¡“Top” ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 7 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ IA32 ¡Stack: ¡Pop ¡ Stack ¡“BoTom” ¡ ¢ popl Dest ¡ § Read ¡operand ¡at ¡address ¡ %esp ¡ Increasing ¡ § Increment ¡ %esp ¡ by ¡4 ¡ Addresses ¡ § Write ¡operand ¡to ¡ Dest ¡ Stack ¡Grows ¡ Down ¡ +4 ¡ Stack ¡Pointer: ¡ %esp Stack ¡“Top” ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 8 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Call ¡Overview ¡ Caller ¡ ¡ ¡ ¡ ¡… ¡ Callee ¡ <set ¡up ¡args> ¡ call ¡ <create ¡local ¡vars> ¡ <clean ¡up ¡args> ¡ ¡ ¡ ¡… ¡ <find ¡return ¡val> ¡ <set ¡up ¡return ¡val> ¡ ¡ ¡ ¡ ¡… ¡ <destroy ¡local ¡vars> ¡ ¡ return ¡ ¢ Callee ¡must ¡know ¡where ¡to ¡find ¡args ¡ ¢ Callee ¡must ¡know ¡where ¡to ¡find ¡“return ¡address” ¡ ¢ Caller ¡must ¡know ¡where ¡to ¡find ¡return ¡val ¡ ¢ Caller ¡and ¡Callee ¡run ¡on ¡same ¡cpu ¡ → ¡use ¡the ¡same ¡registers ¡ § Might ¡need ¡to ¡ save ¡registers ¡used ¡by ¡Callee ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 9 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Call ¡Overview ¡ Caller ¡ ¡ ¡ ¡ ¡… ¡ <save ¡regs> ¡ Callee ¡ <set ¡up ¡args> ¡ call ¡ <save ¡regs> ¡ <clean ¡up ¡args> ¡ <create ¡local ¡vars> ¡ ¡ ¡ ¡… ¡ <restore ¡regs> ¡ <find ¡return ¡val> ¡ <set ¡up ¡return ¡val> ¡ <destroy ¡local ¡vars> ¡ ¡ ¡ ¡ ¡… ¡ ¡ <restore ¡regs> ¡ return ¡ ¢ The ¡conven@on ¡of ¡where ¡to ¡leave/find ¡things ¡is ¡called ¡the ¡ procedure ¡call ¡linkage ¡ § Details ¡vary ¡between ¡systems ¡ § We ¡will ¡see ¡the ¡convenBon ¡for ¡IA32/Linux ¡in ¡detail ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 10 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Control ¡Flow ¡ ¢ Use ¡stack ¡to ¡support ¡procedure ¡call ¡and ¡return ¡ ¢ Procedure ¡call: ¡ call label § Push ¡return ¡address ¡on ¡stack ¡ § Jump ¡to ¡ label ¡ Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 11 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Control ¡Flow ¡ ¢ Use ¡stack ¡to ¡support ¡procedure ¡call ¡and ¡return ¡ ¢ Procedure ¡call: ¡ call label § Push ¡return ¡address ¡on ¡stack ¡ § Jump ¡to ¡ label ¡ ¢ Return ¡address: ¡ § Address ¡of ¡instrucBon ¡beyond ¡ call ¡ § Example ¡from ¡disassembly ¡ 804854e: e8 3d 06 00 00 call 8048b90 <main> 8048553: 50 pushl %eax § Return ¡address ¡= ¡ 0x8048553 ¡ ¢ Procedure ¡return: ¡ ret § Pop ¡address ¡from ¡stack ¡ § Jump ¡to ¡address Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 12 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Call ¡Example ¡ 804854e: e8 3d 06 00 00 call 8048b90 <main> 8048553: 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x10c 0x108 123 %esp 0x108 %eip 0x804854e %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 13 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Call ¡Example ¡ 804854e: e8 3d 06 00 00 call 8048b90 <main> 8048553: 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x108 123 0x108 123 0x104 %esp 0x108 %esp 0x108 %eip 0x804854e %eip 0x804854e %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 14 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Call ¡Example ¡ 804854e: e8 3d 06 00 00 call 8048b90 <main> 8048553: 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x108 123 0x108 123 0x104 %esp 0x108 %esp 0x108 %eip 0x804854e %eip 0x804854e 0x8048553 %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 15 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Call ¡Example ¡ 804854e: e8 3d 06 00 00 call 8048b90 <main> 8048553: 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x108 123 0x108 123 0x104 0x8048553 %esp 0x108 %esp 0x108 0x104 %eip 0x804854e %eip 0x804854e 0x8048553 %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 16 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Call ¡Example ¡ 804854e: e8 3d 06 00 00 call 8048b90 <main> 8048553: 50 pushl %eax call 8048b90 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x108 123 0x108 123 0x104 0x8048553 %esp 0x108 %esp 0x108 0x104 %eip 0x804854e %eip 0x8048553 + 0x000063d 0x8048b90 %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 17 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Return ¡Example ¡ 8048591: c3 ret ret 0x110 0x10c 0x108 123 0x104 0x8048553 %esp 0x104 %eip 0x8048591 %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 18 ¡

University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Return ¡Example ¡ 8048591: c3 ret ret 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x108 123 0x108 123 0x104 0x8048553 0x8048553 %esp 0x104 %esp 0x104 %eip 0x8048591 %eip 0x8048591 %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 19 ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Procedure ¡Return ¡Example ¡ 8048591: c3 ret ret 0x110 0x110 0x10c 0x10c 0x108 123 0x108 123 0x104 0x8048553 0x8048553 %esp 0x104 %esp 0x104 %eip 0x8048591 %eip 0x8048591 0x8048553 %eip: program ¡counter Autumn ¡2012 ¡ Procedures ¡and ¡Stacks ¡ 20 ¡