动态分配栈内存之alloca内幕Word文件下载.docx
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[cpp]viewplaincopyprint?
&
lt;
P&
gt;
.xlist
includecruntime.inc
.list&
/P&
extern_chkstk:
near&
;
sizeofapageofmemory&
CODESEG&
page&
public_alloca_probe_8
_alloca_probe_16proc;
16bytealignedalloca
pushecx
leaecx,[esp]+8;
TOSbeforeenteringthisfunction
subecx,eax;
NewTOS
andecx,（16-1）;
Distancefrom16bitalign（aligndown）
addeax,ecx;
Increaseallocationsize
sbbecx,ecx;
ecx=0xFFFFFFFFifsizewrappedaround
oreax,ecx;
capallocationsizeonwraparound
popecx;
Restoreecx
jmp_chkstk
alloca_8:
;
8bytealignedalloca
_alloca_probe_8=alloca_8
andecx,（8-1）;
Distancefrom8bitalign（aligndown）
IncreaseallocationSize
_alloca_probe_16endp
end
默认会编译为16字节对齐的版本，仔细看一下，这里所谓的16字节对齐倒也不一定，leaecx,[esp]+8这句获得进入此函数之前的esp值并写入ecx中，这里加8的原因很明显，前4个字节是保存的ecx的值，后4个字节是函数的返回地址，加8即得到上一层函数调用本函数时的esp值，这里没有参数压栈，参数是寄存器传递的。
因此，这个ecx的值可以假设为一个定值（这个值也是至少4字节对齐的），然后下面3句汇编代码中，eax是外部传入的要开辟栈内存字节数，这个字节数始终是4字节对齐的。
那么subecx,eax这句之后的结果就可以是4字节对齐且非16字节对齐，这样一来，在andecx,（16-1）并addeax,ecx后，eax的值就是非16字节对齐的。
至于8字节对齐的版本，你可以试着推算一下会不会存在算出的eax是非8字节对齐的，这个不是难点。
在此函数里，我们发现还没有真正的开辟栈内存，因为esp（也就是前面提到的栈指针，也就是栈顶指针，上面的汇编代码中的TOS也就是栈顶：
Topofstack的意思）的值还没有减去eax（申请内存的大小）而改变。
然后我们注意到，在popecx还原ecx的值（因为此函数需要ecx来协助，因此进函数就pushecx保存，然后结束之后再pop还原）之后，还有一个jmp跳转，跳转到了_chkstk，此函数很明显，意为：
checkstack，用于检查堆栈是否溢出。
此函数通常会被编译器插入到某个开辟了一定大小函数头部，用于进入函数时进行栈内存溢出检查，例如你在一个函数中定义一个较大的数组，此时编译器会强制插入_chkstk函数进行检查（这里单指VC下，其他编译器的方式不一定一致）。
于是，到此可以猜测，这个_alloca_probe_16函数只是负责计算实际对齐后该分配多少字节的栈内存，并保存到eax中，由于_chkstk函数也会用到eax的值，这里也是通过寄存器传参的。
并且可以看出_alloca_probe_16函数和_chkstk函数联系紧密，都是直接jmp过去的。
好了，来看看_chkstk函数吧，此函数位于之前的目录下，也是一个汇编源文件：
chkstk.asm。
_PAGESIZE_equ1000h&
public_alloca_probe
_chkstkproc
_alloca_probe=_chkstk
CalculatenewTOS.
leaecx,[esp]+8-4;
TOSbeforeenteringfunction+sizeforretvalue
newTOS
Handleallocationsizethatresultsinwraparound.
WraparoundwillresultinStackOverflowexception.
sbbeax,eax;
0ifCF==0,~0ifCF==1
noteax;
~0ifTOSdidnotwrappedaround,0otherwise
andecx,eax;
setto0ifwraparound
moveax,esp;
currentTOS
andeax,not（_PAGESIZE_-1）;
Rounddowntocurrentpageboundary
cs10:
cmpecx,eax;
IsnewTOS
jbshortcs20;
inprobedpage?
moveax,ecx;
yes.
popecx
xchgesp,eax;
updateesp
moveax,dwordptr[eax];
getreturnaddress
movdwordptr[esp],eax;
andputitatnewTOS
ret
Findnextlowerpageandprobe
cs20:
subeax,_PAGESIZE_;
decreasebyPAGESIZE
testdwordptr[eax],eax;
probepage.
jmpshortcs10
_chkstkendp
此函数较之前的要稍微复杂一些，不过代码还是非常清晰易懂的。
还是解释一下吧，先来看leaecx,[esp]+8-4这句，与_alloca_probe_16汇编代码相比较，多了一个减4，这里减4是因为从_alloca_probe_16函数到_chkstk函数之间是用的jmp，而不是call，因此没有返回地址，只有保存的ecx值的4个字节，所以少4个字节的偏移就能取到esp的值了。
由于_alloca_probe_16函数是保持栈平衡的，并且没有改变esp的值，因此，_chkstk函数里取到的esp与_alloca_probe_16函数取到的esp是一样的。
并且也都存放到了ecx中。
后面一句与_alloca_probe_16函数的逻辑一样，都是将ecx（esp的值）减去eax（要分配的栈内存大小，已经由_alloca_probe_16函数对齐过）。
这一句之后，ecx的值就是新的esp的值，如果栈没有溢出，那么esp将会被设置为这个新值，于是栈内存分配成功。
继续向下分析，紧接着下面3句，用得有一点巧妙。
sbbeax,eax，sbb乃带借位减法指令，如果前面的subecx,eax存在借位（ecx小于eax），则sbb之后eax的值为0xffffffff，然后再noteax，eax将变成0，然后再andecx,eax，则ecx变为0，也就意味着新的esp值为0。
这里先放一下，待会儿再向下分析。
再看前面，subecx,eax存在借位，为什么会存在这样的情况，难道_alloca_probe_16函数不检查申请内存的大小的吗？
的确，他并不会关心你想申请多少字节，他只是与_chkstk配合，让_chkstk能够知道申请的内存过大就可以了，过大之后可以由_chkstk进行检查并抛出异常。
那么我们来看_alloca_probe_16函数是怎么配合_chkstk函数的检查的呢。
这又得回到_alloca_probe_16
函数的汇编源代码中，看这三句：
addeax,ecx;
sbbecx,ecx;
oreax,ecx;
eax为申请的大小，ecx为新的esp值，由subecx,eax计算获得。
把这三句代码与_chkstk函数的三句代码结合着看，这里如果eax过大（申请空间过大），addeax,ecx之后，会溢出，即CF位为1。
然后执行下一句sbbecx,ecx，也就等同于：
ecx=ecx-ecx-CF=0-1=-1=0xffffffff。
然后在oreax,ecx，于是eax为0xffffffff，也就是传给_chkstk函数的申请空间大小。
然后再看前面对_chkstk函数的分析，如果eax为0xffffffff，那么肯定会sub溢出，于是ecx（新的esp值）最后为0。
再看另外一种情况，如果在_alloca_probe_16中，eax的值大于ecx的值，那么sub之后，会溢出，在andecx,（16-1）之后，再addeax,ecx，此刻假设不会溢出，sbb之后，ecx为0，之后再oreax,ecx不会影响eax的值，但是此时eax还是大于ecx（esp的值）的。
当eax传入_chkstk之后，sub会溢出。
与eax为0xffffffff的结果一样，都使得ecx（esp的值）的值为0。
所以由上面两种情况分析下来，_alloca_probe_16函数和_chkstk函数之间是有一定的配合的。
也可以说是_alloca_probe_16函数适应了_chkstk的检查方案。
我们再继续向下分析_chkstk吧，看后面两句，先是moveax,esp将当前的esp值交给eax，注意这里的esp值是_chkstk内部已经压入保存了ecx原始值之后的esp，这个esp也就是最初有leaecx,[esp]+8-4获得的上层esp值减4（pushecx占用的4字节）。
获得了当前esp值之后，又andeax,not（_PAGESIZE_-1），_PAGESIZE_为0x1000，也就是4096字节（4KB），即为windows页内存大小规则之一。
这句代码也就是将当前esp所在的页剩下的字节全部减掉，到达这一页的末尾下一页的开始。
这样做是方便后面的栈溢出检查。
之后，有两个标签cs10和cs20，cs10的开头是判断ecx是否小于eax，此刻的eax已经是某页的开头，如果ecx小于这个eax所存的地址值，则跳转到cs20标签里，cs20标签里代码很简单，进入就将eax减掉一页内存，然后是testdwordptr[eax],eax这句，这句存在一个内存访问，可以想象如果eax所存的内存值不可读，那么就会抛出异常。
这里正是利用这一点，当这里不异常，又会跳转到cs10标签里继续比较，如果还是小，则在减一页，再进行访问，直到ecx大于等于eax或者抛出异常。
那么再想一下上面分析的逻辑，如果申请的空间过大，ecx的值会为0，那么在cs20中判断，0会一直小于eax，这样eax会一直减4K，直到eax为0，这里显然减不到0就已经抛异常了。
当eax减到一定时候，则会在testdwordptr[eax],eax这句抛出一个栈溢出的异常，如下图：
如果继续执行，则会发生访问异常。
如果申请的大小不会导致栈溢出，则当eax减到一定时候ecx大于等于eax，或者第一次进去时ecx就是大于等于eax的，则进入正常开辟空间的逻辑：
moveax,ecx;
popecx
xchgesp,eax;
moveax,dwordptr[eax];
movdwordptr[esp],eax;
ret
第一行是将ecx（新的通过验证的esp）赋值给eax，然后是还原ecx的值，第三行就是将当前的esp值和eax做交换。
esp便是开辟空间后的新值，此刻肯定比eax的值要小（栈向低地址延伸）。
然后是第4句，此时eax是popecx之后的esp值，也就是call_alloca_probe_16函数压入了返回地址后的esp值，因此，第四句执行后，eax的值就是，_alloca_probe_16函数函数的返回地址，我们准备返回到上层，这里的上层不是_alloca_probe_16函数，因为他们之间不是call的，而是jmp的，不存在返回地址压入。
这里的上层是_alloca_probe_16函数的上层。
第5行，是将eax存入当前的esp指向的内存中，因为下一条指令ret，即将读取这个地址，并返回到上层，其间的原理请参考《InlineHook之（监视任意函数）》，此文有相同的用法。
整个过程就是这样了，其实在很多C语言编写的实际项目中，还是有用到alloca。
就我个人而言，我觉得不管他有什么优点和缺点，只要弄清楚了他的这些特性，完全可以规避他的缺点，而发挥他的优势。
而且也确实动态分配适量的栈空间，能获得一些性能。
本文只是为了介绍其原理和细节，不在此争论辩证性的论题。
如果要使用alloca，可以非常简单的使用，如下：
voidfunc（void）
{
int*p=（int*）alloca（4）;
*p=100;
}
不用自己管理释放，当函数结束时，esp会平衡。
另外，需要提到的是，根据alloca申请的大小的变化，编译器可能在后台做一些调整，比如当申请的内存较小时，alloca直接被编译成_chkstk，而不会调用_alloca_probe_16函数，这也算是一个小小的优化吧。
再比如，在VS2003下，不管申请多大的空间，都会将alloca直接编译成_chkstk。
因为vs2003的CRT没有提供_alloca_probe_16函数的实现。
上面提到的alloca，在VC的CRT中其实是一个宏定义，#definealloca_alloca。
另外还有一些CRT宏定义，例如_malloca，这个宏定义也等于是一层封装，在debug下，_malloca调用的是malloc，在release下，当申请的大小小于一定值时，调用的是alloca，否则调用malloc。
因此，需要调用_freea来释放内存，_freea会根据标记，判断是malloc分配的还是alloca分配的，如果是malloc分配的堆内存则调用free，如果是alloca分配的栈内存，则不用释放。
//_malloca的定义
#ifdefined（_DEBUG）
#if!
defined（_CRTDBG_MAP_ALLOC）
#undef_malloca
#define_malloca（size）\
__pragma（warning（suppress:
6255））\
_MarkAllocaS（malloc（（size）+_ALLOCA_S_MARKER_SIZE）,_ALLOCA_S_HEAP_MARKER）
#endif
#else
（（（（size）+_ALLOCA_S_MARKER_SIZE）&
=_ALLOCA_S_THRESHOLD）?
\
_MarkAllocaS（_alloca（（size）+_ALLOCA_S_MARKER_SIZE）,_ALLOCA_S_STACK_MARKER）:
_MarkAllocaS（malloc（（size）+_ALLOCA_S_MARKER_SIZE）,_ALLOCA_S_HEAP_MARKER））
//_freea的定义
_CRTNOALIAS__inlinevoid__CRTDECL_freea（_Inout_opt_void*_Memory）
unsignedint_Marker;
if（_Memory）
{
_Memory=（char*）_Memory-_ALLOCA_S_MARKER_SIZE;
_Marker=*（unsignedint*）_Memory;
if（_Marker==_ALLOCA_S_HEAP_MARKER）//判断是否是堆标记
free（_Memory）;
}
#ifdefined（_ASSERTE）
elseif（_Marker!
=_ALLOCA_S_STACK_MARKER）
_ASSERTE（（"
Corruptedpointerpassedto_freea"
0））;
//_MarkAllocaS的定义
__inlinevoid*_MarkAllocaS（_Out_opt___crt_typefix（unsignedint*）void*_Ptr,unsignedint_Marker）
if（_Ptr）
*（（unsignedint*）_Ptr）=_Marker;
//打上标记,_ALLOCA_S_STACK_MARKER或_ALLOCA_S_HEAP_MARKER
_Ptr=（char*）_Ptr+_ALLOCA_S_MARKER_SIZE;
return_Ptr;
【延伸】
这里延伸一个玩儿的用法，就是在写C语言程序时，有多个函数参数是指针并且参数个数一样，这些函数的指针参数的类型都不一样，在C++里有template，在C里可没有。
于是为了实现一个类似功能的东西，我们就可以用alloca来申请参数的空间，然后调用函数。
#include&
stdio.h&
malloc.h&
voidfunc（char*p）
printf（"
%s\n"
p）;
voidchk（void*arg）
if（（void**）arg-&
amp;
arg!
=1）//检查参数的位置是否紧挨着arg所在的内存地址
__asmint3//如果紧挨着，当chk执行完之后，esp即刚好指
}//alloca申请的空间，因此，
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