揭开iOS函数栈的本质（上）

IOS

2023-09-26 04:01:50

探索iOS函数的内部运作，了解栈、SP和FP的作用

引言

函数是程序中最基本的执行单元，在iOS逆向工程中，理解函数的本质至关重要。本文将带你踏上一段旅程，深入探索iOS函数栈的内部运作，从基础概念到涉及函数调用的关键指令，层层剖析，让你对函数的本质有更透彻的理解。

栈：一种特殊的存储空间

栈是一种特殊的存储空间，遵循先进后出的原则（Last In Out First，LIFO），即后放入的元素会被优先取出。在ARM架构中，栈位于内存的高地址端，地址由栈指针（SP）指向。

SP：指向栈顶的指针

栈指针（SP）是一个寄存器，它指向栈顶的地址。当有数据入栈时，SP的值会减小，当数据出栈时，SP的值会增大。

FP：指向当前栈帧基地址的指针

帧指针（FP）也是一个寄存器，它指向当前栈帧的基地址。栈帧是函数执行时在栈上分配的一块连续内存区域，用于存储局部变量、参数和返回地址等信息。

汇编指令：函数调用的幕后推手

要理解函数栈的本质，就不得不提汇编指令。汇编指令是计算机能直接执行的低级指令，它们控制着CPU的具体操作。在ARM架构中，涉及函数调用的汇编指令主要有以下几条：

PUSH：入栈指令 ，将寄存器或立即数压入栈中。
POP：出栈指令 ，将栈顶元素弹出并存入寄存器。
BL/BLX：函数调用指令 ，将函数入口地址压入栈中并跳转到该地址。
RET：返回指令 ，从栈中弹出返回地址并跳转到该地址。

函数调用的过程

当一个函数被调用时，会发生一系列操作：

将函数参数压入栈中。
将当前栈帧的FP压入栈中。
将当前SP的值作为新的FP值。
跳转到函数入口地址。
在函数体内，局部变量被分配到栈帧中。
函数执行完毕后，执行RET指令。
从栈中弹出FP值，恢复上一个栈帧。
从栈中弹出函数参数。

示例代码

为了更好地理解函数调用的过程，我们来看一个示例代码：

int add(int a, int b) {
  int c = a + b;
  return c;
}

int main() {
  int x = 1;
  int y = 2;
  int z = add(x, y);
  return z;
}

当main函数调用add函数时，栈上的变化如下：

+----------------+
| FP (main)      |
+----------------+
| x (main)        |
+----------------+
| y (main)        |
+----------------+
| 返回地址 (main) |
+----------------+
| FP (add)        |
+----------------+
| a (add)         |
+----------------+
| b (add)         |
+----------------+

add函数执行完毕后，栈上的变化如下：

+----------------+
| FP (main)      |
+----------------+
| x (main)        |
+----------------+
| y (main)        |
+----------------+
| 返回地址 (main) |
+----------------+
| c (add)         |
+----------------+

通过这个例子，我们可以清晰地看到函数调用过程中栈上的变化，从而加深对函数栈本质的理解。

总结

iOS函数栈是函数执行的关键机制，理解其本质对于逆向工程至关重要。通过了解栈、SP和FP等概念，以及涉及函数调用的汇编指令，我们可以深入剖析函数的内部运作，为后续的逆向分析奠定坚实的基础。

在后续的文章中，我们将继续探讨函数栈的更多细节，包括函数参数传递、变量作用域和栈溢出等问题。敬请期待！