iOS逆向编程第三篇:函数本质

一、关于CPU的补充

1.寄存器

CPU除了有控制器、运算器还有寄存器。其中寄存器的作用就是进行数据的临时存储。

CPU的运算速度是非常快的,为了性能CPU在内部开辟一小块临时存储区域,并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块临时存储区域中,运算时就在这一小快临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。

对于arm64系的CPU来说, 如果寄存器以x开头则表明的是一个64位的寄存器,如果以w开头则表明是一个32位的寄存器,在系统中没有提供16位和8位的寄存器供访问和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是独立存在的。

2.高速缓存

iPhoneX上搭载的ARM处理器A11它的1级缓存的容量是64KB,2级缓存的容量8M。

CPU每执行一条指令前都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存读写要快很多,为了性能,CPU还集成了一个高速缓存存储区域。当程序在运行时,先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去(由操作系统完成),CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行。

二、寄存器的补充

1.数据地址寄存器

数据地址寄存器通常用来做数据计算的临时存储、做累加、计数、地址保存等功能。定义这些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作数,在CPU中当做一些常规变量来使用。

ARM64中

  • 64位: X0 ~ X30,XZR(零寄存器)
  • 32位: W0 ~ W30,WZR(零寄存器)

注意:
8086汇编中有一种特殊的寄存器段寄存器:CS、DS、SS、ES四个寄存器来保存这些段的基地址,这个属于Intel架构CPU中,但在ARM中并没有。

2.浮点和向量寄存器

因为浮点数的存储以及其运算的特殊性,CPU中专门提供浮点数寄存器来处理浮点数。

  • 浮点寄存器 64位:D0 ~ D31 32位:S0 ~ S31

现在的CPU支持向量运算(向量运算在图形处理相关的领域用得非常的多),为了支持向量计算系统了也提供了众多的向量寄存器。

  • 向量寄存器 128位:V0 ~ V31

三、栈

栈:是一种具有特殊的访问方式的存储空间(后进先出, Last In Out Firt,LIFO)

1.SP和FP寄存器

  • sp寄存器在任意时刻会保存我们栈顶的地址。
  • fp寄存器也称为x29寄存器属于通用寄存器,但是在某些时刻我们利用它保存栈底的地址!

注意:
ARM64开始,取消32位的LDM、STM、PUSH、POP指令,取而代之的是ldr\ldp、str\stp指令。
ARM64里面对栈的操作是16字节对齐的!

四、关于内存读写指令

注意:读/写数据是都是往高地址读/写

str(store register)指令

将数据从寄存器中读出来,存到内存中。

ldr(load register)指令

将数据从内存中读出来,存到寄存器中。

注意:此 ldr 和 str 指令的变种 ldp 和 stp 指令还可以操作2个寄存器。

五、堆栈操作练习

使用32个字节空间作为这段程序的栈空间,然后利用栈将x0和x1的值进行交换。

sub  sp, sp, #0x20;           拉伸栈空间32个字节
stp  x0, x1, [sp, #0x10];    sp往上加16个字节,存放x0和x1
ldp  x1, x0, [sp, #0x10];    将sp偏移16个字节的值取出来,放入x1和x0

六、bl和ret指令

1.bl指令

指令功能:
1.将下一条指令的地址放入lr(x30)寄存器
2.转到标号处执行指令

2.ret指令

  • 默认使用lr(x30)寄存器的值,通过底层指令提示CPU此处作为下条指令地址。

ARM64平台的特色指令,它面向硬件做了优化处理的。

x30寄存器

x30寄存器存放的是函数的返回地址。当ret指令执行时刻,会寻找x30寄存器保存的地址值!

注意:在函数嵌套调用的时候.需要讲x30入栈!

七、函数的参数和返回值

ARM64下,函数的参数是存放在X0到X7(W0到W7)这8个寄存器里面的。如果超过8个参数,就会入栈。函数的返回值是放在X0寄存器里面的。

八、函数的局部变量

函数的局部变量放在栈里面!

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