逆向基础（三）

技术研究 发布时间：2014-05-15 17:23:00 191 浏览

CHAPER7

访问传递参数

现在我们来看函数调用者通过栈把参数传递到被调用函数。被调用函数是如何访问这些参数呢？

#include <stdio.h>
int f (int a, int b, int c)
{
        return a*b+c;
};
int main() 
{
        printf ("%d
", f(1, 2, 3));
        return 0; 
};

7.1 X86

7.1.1 MSVC

如下为相应的反汇编代码（MSVC 2010 Express）

Listing 7.2 MSVC 2010 Express

_TEXT   SEGMENT
_a$ = 8                                  ; size = 4
_b$ = 12                                 ; size = 4
_c$ = 16                                 ; size = 4
_f      PROC
        push ebp
        mov ebp, esp
        mov eax, DWORD PTR _a$[ebp]
        imul eax, DWORD PTR _b$[ebp]
        add eax, DWORD PTR _c$[ebp]
        pop ebp
        ret 0
_f      ENDP

_main   PROC
        push ebp
        mov ebp, esp
        push 3 ; 3rd argument
        push 2 ; 2nd argument
        push 1 ; 1st argument
        call _f
        add esp, 12
        push eax
        push OFFSET $SG2463 ; ’%d’, 0aH, 00H
        call _printf
        add esp, 8
        ; return 0
        xor eax, eax
        pop ebp
        ret 0
_main ENDP

我们可以看到函数main()中3个数字被圧栈，然后函数f(int, int, int)被调用。函数f()内部访问参数时使用了像_ a$=8 的宏，同样，在函数内部访问局部变量也使用了类似的形式，不同的是访问参数时偏移值（为正值）。因此EBP寄存器的值加上宏_a$的值指向压栈参数。

_a$[ebp]的值被存储在寄存器eax中，IMUL指令执行后，eax的值为eax与_b$[ebp]的乘积，然后eax与_c$[ebp]的值相加并将和放入eax寄存器中,之后返回eax的值。返回值作为printf()的参数。

7.1.2 MSVC+OllyDbg

我们在OllyDbg中观察，跟踪到函数f()使用第一个参数的位置，可以看到寄存器EBP指向栈底，图中使用红色箭头标识。栈帧中第一个被保存的是EBP的值，第二个是返回地址（RA），第三个是参数1，接下来是参数2，以此类推。因此，当我们访问第一个参数时EBP应该加8（2个32-bit字节宽度）。

Figure 7.1: OllyDbg: 函数f()内部

7.1.3 GCC

使用GCC4.4.1编译后在IDA中查看

Listing 7.3: GCC 4.4.1

            public f
f           proc near

arg_0       = dword ptr 8
arg_4       = dword ptr 0Ch
arg_8       = dword ptr 10h

            push    ebp
            mov     ebp, esp
            mov     eax, [ebp+arg_0]  ; 1st argument
            imul    eax, [ebp+arg_4]  ; 2nd argument
            add     eax, [ebp+arg_8]  ; 3rd argument
            pop     ebp
            retn
f           endp

            public main
main        proc near

var_10      = dword ptr -10h
var_C       = dword ptr -0Ch
var_8       = dword ptr -8

            push    ebp
            mov     ebp, esp
            and     esp, 0FFFFFFF0h
            sub     esp, 10h
            mov     [esp+10h+var_8], 3  ; 3rd argument
            mov     [esp+10h+var_C], 2  ; 2nd argument
            mov     [esp+10h+var_10], 1  ; 1st argument
            call    f
            mov     edx, offset aD ; "%d
"
            mov     [esp+10h+var_C], eax
            mov     [esp+10h+var_10], edx
            call    _printf
            mov     eax, 0
            leave
            retn
main    endp

几乎相同的结果。

执行两个函数后栈指针ESP并没有显示恢复，因为倒数第二个指令LEAVE（B.6.2）会自动恢复栈指针。

7.2 X64

x86-64架构下有点不同，函数参数（4或6）使用寄存器传递，被调用函数通过访问寄存器来访问传递进来的参数。

7.2.1 MSVC

MSVC优化后：

Listing 7.4: MSVC 2012 /Ox x64

$SG2997     DB      ’%d’, 0aH, 00H

main        PROC
            sub     rsp, 40
            mov     edx, 2
            lea     r8d, QWORD PTR [rdx+1]  ; R8D=3
            lea     ecx, QWORD PTR [rdx-1]  ; ECX=1
            call    f
            lea     rcx, OFFSET FLAT:$SG2997  ; ’%d’
            mov     edx, eax
            call    printf
            xor     eax, eax
            add     rsp, 40
            ret     0
main        ENDP

f           PROC
            ; ECX - 1st argument
            ; EDX - 2nd argument
            ; R8D - 3rd argument
            imul    ecx, edx
            lea     eax, DWORD PTR [r8+rcx]
            ret     0
f           ENDP

我们可以看到函数f()直接使用寄存器来操作参数，LEA指令用来做加法，编译器认为使用LEA比使用ADD指令要更快。在mian()中也使用了LEA指令，编译器认为使用LEA比使用MOV指令效率更高。

我们来看看MSVC没有优化的情况：

Listing 7.5: MSVC 2012 x64

f           proc near

; shadow space:
arg_0       = dword ptr 8
arg_8       = dword ptr 10h
arg_10      = dword ptr 18h

            ; ECX - 1st argument
            ; EDX - 2nd argument
            ; R8D - 3rd argument
            mov     [rsp+arg_10], r8d
            mov     [rsp+arg_8], edx
            mov     [rsp+arg_0], ecx
            mov     eax, [rsp+arg_0]
            imul    eax, [rsp+arg_8]
            add     eax, [rsp+arg_10]
            retn
f endp

main        proc    near
            sub     rsp, 28h
            mov     r8d, 3 ; 3rd argument
            mov     edx, 2 ; 2nd argument
            mov     ecx, 1 ; 1st argument
            call    f
            mov     edx, eax
            lea     rcx, $SG2931 ; "%d
"
            call    printf

            ; return 0
            xor     eax, eax
            add     rsp, 28h
            retn
main        endp

这里从寄存器传递进来的3个参数因为某种情况又被保存到栈里。这就是所谓的“shadow space”2：每个Win64通常（不是必需）会保存所有4个寄存器的值。这样做由两个原因：1）为输入参数分配所有寄存器（即使是4个）太浪费，所以要通过堆栈来访问；2）每次中断下来调试器总是能够定位函数参数3。

调用者负责在栈中分配“shadow space”。

7.2.2 GCC

GCC优化后的代码：

Listing 7.6: GCC 4.4.6 -O3 x64

f:
        ; EDI - 1st argument
        ; ESI - 2nd argument
        ; EDX - 3rd argument
        imul    esi, edi
        lea     eax, [rdx+rsi]
        ret

main:
        sub     rsp, 8
        mov     edx, 3
        mov     esi, 2
        mov     edi, 1
        call    f
        mov     edi, OFFSET FLAT:.LC0 ; "%d
"
        mov     esi, eax
        xor     eax, eax ; number of vector registers passed
        call    printf
        xor     eax, eax
        add     rsp, 8
        ret

GCC无优化代码：

Listing 7.7: GCC 4.4.6 x64

f:
        ; EDI - 1st argument
        ; ESI - 2nd argument
        ; EDX - 3rd argument
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], edi
        mov     DWORD PTR [rbp-8], esi
        mov     DWORD PTR [rbp-12], edx
        mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
        imul    eax, DWORD PTR [rbp-8]
        add     eax, DWORD PTR [rbp-12]
        leave
        ret

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     edx, 3
        mov     esi, 2
        mov     edi, 1
        call    f
        mov     edx, eax
        mov     eax, OFFSET FLAT:.LC0 ; "%d
"
        mov     esi, edx
        mov     rdi, rax
        mov     eax, 0 ; number of vector registers passed
        call    printf
        mov     eax, 0
        leave
        ret

System V *NIX [21]没有“shadow space”，但被调用者可能会保存参数，这也是造成寄存器短缺的原因。

7.2.3 GCC: uint64_t instead int

我们例子使用的是32位int，寄存器也为32位寄存器（前缀为E-）。

为处理64位数值内部会自动调整为64位寄存器：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

uint64_t f (uint64_t a, uint64_t b, uint64_t c)
{
    return a*b+c;
};
int main()
{
    printf ("%lld
", f(0x1122334455667788,0x1111111122222222,0x3333333344444444));
    return 0;
};

Listing 7.8: GCC 4.4.6 -O3 x64

f       proc near
        imul    rsi, rdi
        lea     rax, [rdx+rsi]
        retn
f       endp

main    proc near
        sub     rsp, 8
        mov     rdx, 3333333344444444h ; 3rd argument
        mov     rsi, 1111111122222222h ; 2nd argument
        mov     rdi, 1122334455667788h ; 1st argument
        call    f
        mov     edi, offset format ; "%lld
"
        mov     rsi, rax
        xor     eax, eax ; number of vector registers passed
        call    _printf
        xor     eax, eax
        add     rsp, 8
        retn
main    endp

代码非常相似，只是使用了64位寄存器（前缀为R）。

7.3 ARM

7.3.1 未优化的Keil + ARM mode

.text:000000A4 00 30 A0 E1              MOV     R3, R0
.text:000000A8 93 21 20 E0              MLA     R0, R3, R1, R2
.text:000000AC 1E FF 2F E1              BX      LR
...
.text:000000B0             main
.text:000000B0 10 40 2D E9              STMFD   SP!, {R4,LR}
.text:000000B4 03 20 A0 E3              MOV     R2, #3
.text:000000B8 02 10 A0 E3              MOV     R1, #2
.text:000000BC 01 00 A0 E3              MOV     R0, #1
.text:000000C0 F7 FF FF EB              BL      f
.text:000000C4 00 40 A0 E1              MOV     R4, R0
.text:000000C8 04 10 A0 E1              MOV     R1, R4
.text:000000CC 5A 0F 8F E2              ADR     R0, aD_0  ; "%d
"
.text:000000D0 E3 18 00 EB              BL      __2printf
.text:000000D4 00 00 A0 E3              MOV     R0, #0
.text:000000D8 10 80 BD E8              LDMFD   SP!, {R4,PC}

main()函数里调用了另外两个函数，3个值被传递到f();

正如前面提到的，ARM通常使用前四个寄存器（R0-R4）传递前四个值。

f()函数使用了前三个寄存器（R0-R2）作为参数。

MLA (Multiply Accumulate)指令将R3寄存器和R1寄存器的值相乘，然后再将乘积与R2寄存器的值相加将结果存入R0，函数返回R0。

一条指令完成乘法和加法4，如果不包括SIMD新的FMA指令5，通常x86下没有这样的指令。

第一条指令MOV R3,R0，看起来冗余是因为该代码是非优化的。

BX指令返回到LR寄存器存储的地址，处理器根据状态模式从Thumb状态转换到ARM状态，或者反之。函数f()可以被ARM代码或者Thumb代码调用，如果是Thumb代码调用BX将返回到调用函数并切换到Thumb模式，或者反之。

7.3.2 Optimizing Keil + ARM mode

.text:00000098            f
.text:00000098 91 20 20 E0                MLA R0, R1, R0, R2
.text:0000009C 1E FF 2F E1                BX  LR

这里f()编译时使用完全优化模式(-O3),MOV指令被优化，现在MLA使用所有输入寄存器并将结果置入R0寄存器。

7.3.3 Optimizing Keil + thumb mode

.text:0000005E 48 43                  MULS R0, R1
.text:00000060 80 18                  ADDS R0, R0, R2
.text:00000062 70 47                  BX   LR

Thumb模式下没有MLA指令，编译器做了两次间接处理，MULS指令使R0寄存器的值与R1寄存器的值相乘并将结果存入R0。ADDS指令将R0与R2的值相加并将结果存入R0。

Chapter 8

一个或者多个字的返回值

X86架构下通常返回EAX寄存器的值，如果是单字节char，则只使用EAX的低8位AL。如果返回float类型则使用FPU寄存器ST(0)。ARM架构下通常返回寄存器R0。

假如main()函数的返回值是void而不是int会怎么样？

通常启动函数调用main()为：

push envp
push argv
push argc
call main
push eax
call exit

换句话说为

exit(main(argc,argv,envp));

如果main()声明为void类型并且函数没有明确返回状态值，通常在main()结束时EAX寄存器的值被返回，然后作为exit()的参数。大多数情况下函数返回的是随机值。这种情况下程序的退出代码为伪随机的。

我们看一个实例，注意main()是void类型：

#include <stdio.h>
void main()
{
    printf ("Hello, world!
");
};

我们在linux下编译。

GCC 4.8.1会使用puts()替代printf()（看前面章节2.3.3），没有关系，因为puts()会返回打印的字符数，就行printf()一样。请注意，main()结束时EAX寄存器的值是非0的，这意味着main()结束时保留puts()返回时EAX的值。

Listing 8.1: GCC 4.8.1

.LC0:
        .string "Hello, world!"
main:
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        and     esp, -16
        sub     esp, 16
        mov     DWORD PTR [esp], OFFSET FLAT:.LC0
        call    puts
        leave
        ret

我们写bash脚本来看退出状态：

Listing 8.2: tst.sh

1
2
3
 
#!/bin/sh
./hello_world
echo $?

运行：

$ tst.sh
Hello, world!
14

14为打印的字符数。

回到返回值是EAX寄存器值的事实，这也就是为什么老的C编译器不能够创建返回信息无法拟合到一个寄存器（通常是int型）的函数。如果必须这样，应该通过指针来传递。现在可以这样，比如返回整个结构体，这种情况应该避免。如果必须要返回大的结构体，调用者必须开辟存储空间，并通过第一个参数传递指针，整个过程对程序是透明的。像手动通过第一个参数传递指针一样，只是编译器隐藏了这个过程。

小例子：

struct s
{
    int a;
    int b;
    int c;
};

struct s get_some_values (int a)
{
    struct s rt;
    rt.a=a+1;
    rt.b=a+2;
    rt.c=a+3;

    return rt;
};

…我们可以得到(MSVC 2010 /Ox):

$T3853 = 8                  ; size = 4
_a$ = 12                    ; size = 4
?get_some_values@@YA?AUs@@H@Z PROC      ; get_some_values
    mov     ecx, DWORD PTR _a$[esp-4]
    mov     eax, DWORD PTR $T3853[esp-4]
    lea     edx, DWORD PTR [ecx+1]
    mov     DWORD PTR [eax], edx
    lea     edx, DWORD PTR [ecx+2]
    add     ecx, 3
    mov     DWORD PTR [eax+4], edx
    mov     DWORD PTR [eax+8], ecx
    ret     0
?get_some_values@@YA?AUs@@H@Z ENDP      ; get_some_values

内部变量传递指针到结构体的宏为$T3853。

这个例子可以用C99语言扩展来重写：

struct s
{
    int a;
    int b;
    int c;
};

struct s get_some_values (int a)
{
    return (struct s){.a=a+1, .b=a+2, .c=a+3};
};

Listing 8.3: GCC 4.8.1

_get_some_values proc near

ptr_to_struct   = dword ptr 4
a               = dword ptr 8
                mov     edx, [esp+a]
                mov     eax, [esp+ptr_to_struct]
                lea     ecx, [edx+1]
                mov     [eax], ecx
                lea     ecx, [edx+2]
                add     edx, 3
                mov     [eax+4], ecx
                mov     [eax+8], edx
                retn
_get_some_values endp

我们可以看到，函数仅仅填充调用者申请的结构体空间的相应字段。因此没有性能缺陷。

Chapter 9

指针

指针通常被用作函数返回值(recall scanf() case (6)).例如，当函数返回两个值时。

9.1 Global variables example

#include <stdio.h>

void f1 (int x, int y, int *sum, int *product)
{
    *sum=x+y;
    *product=x*y;
};

int sum, product;

void main()
{
    f1(123, 456, &sum, &product);
    printf ("sum=%d, product=%d
", sum, product);
};

编译后

Listing 9.1: Optimizing MSVC 2010 (/Ox /Ob0)

COMM        _product:DWORD
COMM        _sum:DWORD
$SG2803 DB              ’sum=%d, product=%d’, 0aH, 00H

_x$ = 8                                     ; size = 4
_y$ = 12                                    ; size = 4
_sum$ = 16                                  ; size = 4
_product$ = 20                              ; size = 4
_f1         PROC
            mov     ecx, DWORD PTR _y$[esp-4]
            mov     eax, DWORD PTR _x$[esp-4]
            lea     edx, DWORD PTR [eax+ecx]
            imul    eax, ecx
            mov     ecx, DWORD PTR _product$[esp-4]
            push    esi
            mov     esi, DWORD PTR _sum$[esp]
            mov     DWORD PTR [esi], edx
            mov     DWORD PTR [ecx], eax
            pop     esi
            ret     0
_f1         ENDP

_main       PROC
            push    OFFSET _product
            push    OFFSET _sum
            push    456                     ; 000001c8H
            push    123                     ; 0000007bH
            call    _f1
            mov     eax, DWORD PTR _product
            mov     ecx, DWORD PTR _sum
            push    eax
            push    ecx
            push    OFFSET $SG2803
            call    DWORD PTR __imp__printf
            add     esp, 28                 ; 0000001cH
            xor     eax, eax
            ret     0
_main   ENDP

让我们在OD中查看：图9.1。首先全局变量地址被传递进f1()。我们在堆栈元素点击“数据窗口跟随”，可以看到数据段上分配两个变量的空间。这些变量被置0，因为未初始化数据（BSS1）在程序运行之前被清理为0。这些变量属于数据段，我们按Alt+M可以查看内存映射fig. 9.5.

让我们跟踪（F7）到f1()fig. 9.2.在堆栈中为456 (0x1C8) 和 123 (0x7B)，接着是两个全局变量的地址。

让我们跟踪到f1()结尾，可以看到两个全局变量存放了计算结果。

现在两个全局变量的值被加载到寄存器传递给printf(): fig. 9.4.

Figure 9.1: OllyDbg: 全局变量地址被传递进f1()

Figure 9.2: OllyDbg: f1()开始

Figure 9.3: OllyDbg: f1()完成

Figure 9.4: OllyDbg: 全局变量被传递进printf()

Figure 9.5: OllyDbg: memory map

9.2 Local variables example

让我们修改一下例子：

Listing 9.2: 局部变量

void main()
{
    int sum, product; // now variables are here

    f1(123, 456, &sum, &product);
    printf ("sum=%d, product=%d
", sum, product);
};

f1()函数代码没有改变。仅仅main()代码作了修改。

Listing 9.3: Optimizing MSVC 2010 (/Ox /Ob0)

_product$ = -8              ; size = 4
_sum$ = -4                  ; size = 4
_main   PROC
; Line 10
        sub     esp, 8
; Line 13
        lea     eax, DWORD PTR _product$[esp+8]
        push    eax
        lea     ecx, DWORD PTR _sum$[esp+12]
        push    ecx
        push    456         ; 000001c8H
        push    123         ; 0000007bH
        call    _f1
; Line 14
        mov     edx, DWORD PTR _product$[esp+24]
        mov     eax, DWORD PTR _sum$[esp+24]
        push    edx
        push    eax
        push    OFFSET $SG2803
        call    DWORD PTR __imp__printf
; Line 15
        xor     eax, eax
        add     esp, 36     ; 00000024H
        ret     0

我们在OD中查看，局部变量地址在堆栈中是0x35FCF4和0x35FCF8。我们可以看到是如何圧栈的fig. 9.6.

f1()开始的时候，随机栈地址为0x35FCF4和0x35FCF8 fig. 9.7.

f1()完成时结果0xDB18和0x243存放在地址0x35FCF4和0x35FCF8。

Figure 9.6: OllyDbg: 局部变量地址被圧栈

Figure 9.7: OllyDbg: f1()starting

Figure 9.8: OllyDbg: f1()finished

9.3 小结

f1()可以返回结果到内存的任何地方，这是指针的本质和特性。顺便提一下，C++引用的工作方式和这个类似。详情阅读相关内容（33）。

Chapter 10

条件跳转

现在我们来了解条件跳转。

#include <stdio.h>

void f_signed (int a, int b)
{
    if (a>b)
        printf ("a>b
");
    if (a==b)
        printf ("a==b
");
    if (a<b)
        printf ("a<b
");
};

void f_unsigned (unsigned int a, unsigned int b)
{
    if (a>b)
        printf ("a>b
");
    if (a==b)
        printf ("a==b
");
    if (a<b)
        printf ("a<b
");
};

int main()
{
    f_signed(1, 2);
    f_unsigned(1, 2);
    return 0;
};

10.1 x86

10.1.1 x86 + MSVC

f_signed() 函数:

Listing 10.1: 非优化MSVC 2010

_a$ = 8
_b$ = 12
_f_signed   PROC
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        mov     eax, DWORD PTR _a$[ebp]
        cmp     eax, DWORD PTR _b$[ebp]
        jle     SHORT $LN3@f_signed
        push    OFFSET $SG737       ; ’a>b’
        call    _printf
        add     esp, 4
$LN3@f_signed:
        mov     ecx, DWORD PTR _a$[ebp]
        cmp     ecx, DWORD PTR _b$[ebp]
        jne     SHORT $LN2@f_signed
        push    OFFSET $SG739       ; ’a==b’
        call    _printf
        add     esp, 4
$LN2@f_signed:
        mov     edx, DWORD PTR _a$[ebp]
        cmp     edx, DWORD PTR _b$[ebp]
        jge     SHORT $LN4@f_signed
        push    OFFSET $SG741       ; ’a<b’
        call    _printf
        add     esp, 4
        $LN4@f_signed:
        pop     ebp
        ret     0
_f_signed   ENDP

第一个指令JLE意味如果小于等于则跳转。换句话说，第二个操作数大于或者等于第一个操作数，控制流将传递到指定地址或者标签。否则（第二个操作数小于第一个操作数）第一个printf()将被调用。第二个检测JNE：如果不相等则跳转。如果两个操作数相等控制流则不变。第三个检测JGE：大于等于跳转，当第一个操作数大于或者等于第二个操作数时跳转。如果三种情况都没有发生则无printf()被调用，事实上，如果没有特殊干预，这种情况几乎不会发生。

f_unsigned()函数类似，只是JBE和JAE替代了JLE和JGE，我们来看f_unsigned()函数

Listing 10.2: GCC

_a$ = 8                                 ; size = 4
_b$ = 12                                ; size = 4
_f_unsigned     PROC
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        mov     eax, DWORD PTR _a$[ebp]
        cmp     eax, DWORD PTR _b$[ebp]
        jbe     SHORT $LN3@f_unsigned
        push    OFFSET $SG2761 ; ’a>b’
        call    _printf
        add     esp, 4
$LN3@f_unsigned:
        mov     ecx, DWORD PTR _a$[ebp]
        cmp     ecx, DWORD PTR _b$[ebp]
        jne     SHORT $LN2@f_unsigned
        push    OFFSET $SG2763 ; ’a==b’
        call    _printf
        add     esp, 4
$LN2@f_unsigned:
        mov     edx, DWORD PTR _a$[ebp]
        cmp     edx, DWORD PTR _b$[ebp]
        jae     SHORT $LN4@f_unsigned
        push    OFFSET $SG2765 ; ’a<b’
        call    _printf
        add     esp, 4
$LN4@f_unsigned:
        pop     ebp
        ret     0
_f_unsigned     ENDP

几乎是相同的，不同的是：JBE-小于等于跳转和JAE-大于等于跳转。这些指令(JA/JAE/JBE/JBE)不同于JG/JGE/JL/JLE，它们使用无符号值。

我们也可以看到有符号值的表示(35)。因此我们看JG/JL代替JA/JBE的用法或者相反，我们几乎可以确定变量的有符号或者无符号类型。

main()函数没有什么新的内容：

Listing 10.3: main()

_main   PROC
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        push    2
        push    1
        call    _f_signed
        add     esp, 8
        push    2
        push    1
        call    _f_unsigned
        add     esp, 8
        xor     eax, eax
        pop     ebp
        ret     0
_main   ENDP

10.1.2 x86 + MSVC + OllyDbg

我们在OD里允许例子来查看标志寄存器。我们从f_unsigned()函数开始。CMP执行了三次，每次的参数都相同，所以标志位也相同。

第一次比较的结果：fig. 10.1.标志位：C=1, P=1, A=1, Z=0, S=1, T=0, D=0, O=0.标志位名称为OD对其的简称。

当CF=1 or ZF=1时JBE将被触发，此时将跳转。

接下来的条件跳转：fig. 10.2.当ZF=0（zero flag）时JNZ则被触发

第三个条件跳转：fig. 10.3.我们可以发现14当CF=0 (carry flag)时，JNB将被触发。在该例中条件不为真，所以第三个printf()将被执行。

Figure 10.1: OllyDbg: f_unsigned(): 第一个条件跳转

Figure 10.2: OllyDbg: f_unsigned(): 第二个条件跳转

Figure 10.3: OllyDbg: f_unsigned(): 第三个条件跳转

现在我们在OD中看f_signed()函数使用有符号值。

可以看到标志寄存器：C=1, P=1, A=1, Z=0, S=1, T=0, D=0, O=0.

第一种条件跳转JLE将被触发fig. 10.4.我们可以发现14，当ZF=1 or SF≠OF。该例中SF≠OF，所以跳转将被触发。

下一个条件跳转将被触发：如果ZF=0 (zero flag): fig. 10.5.

第三个条件跳转将不会被触发，因为仅有SF=OF，该例中不为真: fig. 10.6.

Figure 10.4: OllyDbg: f_signed(): 第一个条件跳转

Figure 10.5: OllyDbg: f_signed(): 第二个条件跳转

Figure 10.6: OllyDbg: f_signed(): 第三个条件跳转

10.1.3 x86 + MSVC + Hiew

我们可以修改这个可执行文件，使其无论输入的什么值f_unsigned()函数都会打印“a==b”。

在Hiew中查看：fig. 10.7.

我们要完成以下3个任务：

1. 使第一个跳转一直被触发；
2. 使第二个跳转从不被触发；
3. 使第三个跳转一直被触发。

我们需要使代码流进入第二个printf()，这样才一直打印“a==b”。

三个指令（或字节）应该被修改：

1. 第一个跳转修改为JMP，但跳转偏移值不变。
2. 第二个跳转有时可能被触发，我们修改跳转偏移值为0后，无论何种情况，程序总是跳向下一条指令。跳转地址等于跳转偏移值加上下一条指令地址，当跳转偏移值为0时，跳转地址就为下一条指令地址，所以无论如何下一条指令总被执行。
3. 第三个跳转我们也修改为JMP，这样跳转总被触发。

修改后：fig. 10.8.

如果忘了这些跳转，printf()可能会被多次调用，这种行为可能是我们不需要的。

Figure 10.7: Hiew: f_unsigned() 函数

Figure 10.8: Hiew:我们修改 f_unsigned() 函数

10.1.4 Non-optimizing GCC

GCC 4.4.1非优化状态产生的代码几乎一样，只是用puts() (2.3.3) 替代 printf()。

10.1.5 Optimizing GCC

细心的读者可能会问，为什么要多次执行CMP，如果标志寄存器每次都相同呢？可能MSVC不会做这样的优化，但是GCC 4.8.1可以做这样的深度优化：

Listing 10.4: GCC 4.8.1 f_signed()

f_signed:
        mov     eax, DWORD PTR [esp+8]
        cmp     DWORD PTR [esp+4], eax
        jg      .L6
        je      .L7
        jge     .L1
        mov     DWORD PTR [esp+4], OFFSET FLAT:.LC2 ; "a<b"
        jmp     puts
.L6:
        mov     DWORD PTR [esp+4], OFFSET FLAT:.LC0 ; "a>b"
        jmp     puts
.L1:
        rep     ret
.L7:
        mov     DWORD PTR [esp+4], OFFSET FLAT:.LC1 ; "a==b"
        jmp     puts

我们可以看到JMP puts替代了CALL puts/RETN。稍后我们介绍这种情况11.1.1.。

不用说，这种类型的x86代码是很少见的。MSVC2012似乎不会这样做。其他情况下，汇编程序能意识到此类使用。如果你在其它地方看到此类代码，更可能是手工构造的。

f_unsigned()函数代码：

Listing 10.5: GCC 4.8.1 f_unsigned()

f_unsigned:
        push    esi
        push    ebx
        sub     esp, 20
        mov     esi, DWORD PTR [esp+32]
        mov     ebx, DWORD PTR [esp+36]
        cmp     esi, ebx
        ja      .L13
        cmp     esi, ebx ; instruction may be removed
        je      .L14
.L10:
        jb      .L15
        add     esp, 20
        pop     ebx
        pop     esi
        ret
.L15:
        mov     DWORD PTR [esp+32], OFFSET FLAT:.LC2 ; "a<b"
        add     esp, 20
        pop     ebx
        pop     esi
        jmp     puts
.L13:
        mov     DWORD PTR [esp], OFFSET FLAT:.LC0 ; "a>b"
        call    puts
        cmp     esi, ebx
        jne     .L10
.L14:
        mov     DWORD PTR [esp+32], OFFSET FLAT:.LC1 ; "a==b"
        add     esp, 20
        pop     ebx
        pop     esi
        jmp     puts

因此，GCC 4.8.1的优化算法并不总是完美的。

10.2 ARM

10.2.1 Keil + ARM mode优化后

Listing 10.6: Optimizing Keil + ARM mode

.text:000000B8                          EXPORT f_signed
.text:000000B8              f_signed                ; CODE XREF: main+C
.text:000000B8 70 40 2D E9              STMFD   SP!, {R4-R6,LR}
.text:000000BC 01 40 A0 E1              MOV     R4, R1
.text:000000C0 04 00 50 E1              CMP     R0, R4
.text:000000C4 00 50 A0 E1              MOV     R5, R0
.text:000000C8 1A 0E 8F C2              ADRGT   R0, aAB ; "a>b
"
.text:000000CC A1 18 00 CB              BLGT    __2printf
.text:000000D0 04 00 55 E1              CMP     R5, R4
.text:000000D4 67 0F 8F 02              ADREQ   R0, aAB_0 ; "a==b
"
.text:000000D8 9E 18 00 0B              BLEQ    __2printf
.text:000000DC 04 00 55 E1              CMP     R5, R4
.text:000000E0 70 80 BD A8              LDMGEFD SP!, {R4-R6,PC}
.text:000000E4 70 40 BD E8              LDMFD   SP!, {R4-R6,LR}
.text:000000E8 19 0E 8F E2              ADR     R0, aAB_1 ; "a<b
"
.text:000000EC 99 18 00 EA              B       __2printf
.text:000000EC              ; End of function f_signed

ARM下很多指令只有某些标志位被设置时才会被执行。比如做数值比较时。

举个例子，ADD实施上是ADDAL，这里的AL是Always，即总被执行。判定谓词是32位ARM指令的高4位（条件域）。无条件跳转的B指令其实是有条件的，就行其它任何条件跳转一样，只是条件域为AL，这意味着总是被执行，忽略标志位。

ADRGT指令就像和ADR一样，只是该指令前面为CMP指令，并且只有前面数值大于另一个数值时（Greater Than）时才被执行。

接下来的BLGT行为和BL一样，只有比较结果符合条件才能出发（Greater Than）。ADRGT把字符串“a>b ”的地址写入R0，然后BLGT调用printf()。因此，这些指令都带有GT后缀，只有当R0（a值）大于R4（b值）时指令才会被执行。

然后我们看ADREQ和BLEQ，这些指令动作和ADR及BL一样，只有当两个操作数对比后相等时才会被执行。这些指令前面是CMP（因为printf()调用可能会修改状态标识）。 然后我们看LDMGEFD，该指令行为和LDMFD指令一样1，仅仅当第一个值大于等于另一个值时（Greater Than），指令才会被执行。

“LDMGEFD SP!, {R4-R6,PC}”恢复寄存器并返回，只是当a>=b时才被触发，这样之后函数才执行完成。但是如果a<b，触发条件不成立是将执行下一条指令LDMFD SP!, {R4-R6,LR}，该指令保存R4-R6寄存器，使用LR而不是PC，函数并不返回。最后两条指令是执行printf()（5.3.2）。

f_unsigned与此一样只是使用对应的指令为ADRHI, BLHI及LDMCSFD，判断谓词（HI = Unsigned higher, CS = Carry Set (greater than or equal)）请类比之前的说明，另外就是函数内部使用无符号数值。

我们来看一下main()函数：

Listing 10.7: main()

.text:00000128                              EXPORT main
.text:00000128          main
.text:00000128 10 40 2D E9                  STMFD SP!, {R4,LR}
.text:0000012C 02 10 A0 E3                  MOV R1, #2
.text:00000130 01 00 A0 E3                  MOV R0, #1
.text:00000134 DF FF FF EB                  BL f_signed
.text:00000138 02 10 A0 E3                  MOV R1, #2
.text:0000013C 01 00 A0 E3                  MOV R0, #1
.text:00000140 EA FF FF EB                  BL f_unsigned
.text:00000144 00 00 A0 E3                  MOV R0, #0
.text:00000148 10 80 BD E8                  LDMFD SP!, {R4,PC}
.text:00000148          ; End of function main

这就是ARM模式如何避免使用条件跳转。

这样做有什么好处呢？因为ARM使用精简指令集（RISC）。简言之，处理器流水线技术受到跳转的影响，这也是分支预测重要的原因。程序使用的条件或者无条件跳转越少越好，使用断言指令可以减少条件跳转的使用次数。

x86没有这也的功能，通过使用CMP设置相应的标志位来触发指令。

10.2.2 Optimizing Keil + thumb mode

Listing 10.8: Optimizing Keil + thumb mode

.text:00000072      f_signed                        ; CODE XREF: main+6
.text:00000072 70 B5                PUSH    {R4-R6,LR}
.text:00000074 0C 00                MOVS    R4, R1
.text:00000076 05 00                MOVS    R5, R0
.text:00000078 A0 42                CMP     R0, R4
.text:0000007A 02 DD                BLE     loc_82
.text:0000007C A4 A0                ADR     R0, aAB         ; "a>b
"
.text:0000007E 06 F0 B7 F8          BL      __2printf
.text:00000082
.text:00000082      loc_82                      ; CODE XREF: f_signed+8
.text:00000082 A5 42                CMP     R5, R4
.text:00000084 02 D1                BNE     loc_8C
.text:00000086 A4 A0                ADR     R0, aAB_0   ; "a==b
"
.text:00000088 06 F0 B2 F8          BL      __2printf
.text:0000008C
.text:0000008C      loc_8C                      ; CODE XREF: f_signed+12
.text:0000008C A5 42                CMP     R5, R4
.text:0000008E 02 DA                BGE     locret_96
.text:00000090 A3 A0                ADR     R0, aAB_1   ; "a<b
"
.text:00000092 06 F0 AD F8          BL      __2printf
.text:00000096
.text:00000096      locret_96                   ; CODE XREF: f_signed+1C
.text:00000096 70 BD                POP     {R4-R6,PC}
.text:00000096      ; End of function f_signed

仅仅Thumb模式下的B指令可能需要条件代码辅助，所以thumb代码看起来更普通一些。

BLE通常是条件跳转小于或等于（Less than or Equal），BNE—不等于（Not Equal），BGE—大于或等于（Greater than or Equal）。

f_unsigned函数是同样的，只是使用的指令用来处理无符号数值：BLS (Unsigned lower or same) 和BCS (Carry Set (Greater than or equal)).

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