背景
最近准备一个教程，案例的过程中准备了如下代码碎片，演示解析 scheme
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
char *parse_scheme(const char *url)
{
char *p = strstr(url,"://");
return strndup(url,p-url);
}
int main()
{
const char *url = "http://static.mengkang.net/upload/image/2019/0907/1567834464450406.png";
char *scheme = parse_scheme(url);
printf("%s\n",scheme);
free(scheme);
return 0;
}
上面是通过 strndup
的方式，背后也依托了 malloc
，所以最后也需要 free
。有人在微信群私信 parse_scheme
能用 char[]
来做返回值吗？我们知道栈上的数组也能用来存储字符串，那我们可以改写成下面这样吗？
char *parse_scheme(const char *url)
{
char *p = strstr(url,"://");
long l = p - url + 1;
char scheme[l];
strncpy(scheme, url, l-1);
return scheme;
}
大多数人都知道不能这样写，因为返回的是栈上的地址，当从该函数返回之后，那段栈空间的操作权也释放了，当再次使用该地址的时候，值就是不确定的了。
那我们今天就一起探讨下出现这样情况的背后的真正原理。
基础预备
每个函数运行的时候因为需要内存来存放函数参数以及局部变量等，需要给每个函数分配一段连续的内存，这段内存就叫做函数的栈帧（Stack Frame）。因为是一块连续的内存地址，所以叫帧；为什么叫要加一个 栈
呢？想必大家都熟悉了函数调用栈，为什么叫函数调用栈呢？比如下面的表达式
array_values(explode(",",file_get_contents(...)));
函数的执行顺序是最内层的函数最先执行，然后依次返回执行外层的函数。所以函数的执行就是利用了栈的数据结构，所以就叫栈帧。
x86_64 cpu上的 rbp
寄存器存函数栈底地址， rsp
寄存器存函数栈顶地址。
实验
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
int i;
printf("%d\n", i);
i = 666;
}
int main(void)
{
foo();
foo();
return 0;
}
$gcc -g 2.c
$./a.out
0
666
为什么第二次调用 foo
函数输出的结果都是上次函数调用的赋值呢？先看下反汇编之后的代码
000000000040052d <foo>:
#include <stdio.h>
void foo(void)
{
40052d: 55 push %rbp
40052e: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
400531: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp
int i;
printf("%d\n", i);
400535: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax
400538: 89 c6 mov %eax,%esi
40053a: bf 00 06 40 00 mov $0x400600,%edi
40053f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400544: e8 c7 fe ff ff callq 400410 <printf@plt>
i = 666;
400549: c7 45 fc 9a 02 00 00 movl $0x29a,-0x4(%rbp)
}
400550: c9 leaveq
400551: c3 retq
0000000000400552 <main>:
int main(void)
{
400552: 55 push %rbp
400553: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
foo();
400556: e8 d2 ff ff ff callq 40052d <foo>
foo();
40055b: e8 cd ff ff ff callq 40052d <foo>
return 0;
400560: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
}
400565: 5d pop %rbp
400566: c3 retq
400567: 66 0f 1f 84 00 00 00 nopw 0x0(%rax,%rax,1)
40056e: 00 00
理论分析
第一次进入 foo
函数前后
在进入 foo
函数之前，因为 main
里没有参数也没有局部变量，所以，main 的栈帧的长度就是0， rbp
和 rsp
相等（ 0x7fffffffe2c0
）。当执行
callq 40052d <foo>
会把 main
函数的在调用 foo
之后需要返回执行的下一行代码的地址压栈，因为是64位机器，地址8字节。进入 foo
之后
push %rbp
把 rbp
的值压栈，因为也是存的地址，所以又占了8字节，所以当初始化 foo
函数的 rbp
的时候
mov %rsp,%rbp
rsp
已经在原来的基础上加了 16
字节，所以从 0x7fffffffe2c0
变成了 0x7fffffffe2b0
。
sub $0x10,%rsp
因为 foo
函数里面局部变量，编译的时候就预留了 16
字节，所以 rsp
变为了 0x7fffffffe2a0
最后执行了
movl $0x29a,-0x4(%rbp)
将 666
放在了 0x7fffffffe2ac
，当第二次调用的时候，打印 i
的汇编代码如下
printf("%d\n", i);
400535: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax
400538: 89 c6 mov %eax,%esi
40053a: bf 00 06 40 00 mov $0x400600,%edi
40053f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400544: e8 c7 fe ff ff callq 400410 <printf@plt>
第二次进入 foo
函数前后
因为上次 -0x4(%rbp)
存了 666
，而第二次调用 foo
的 rbp
的值又和第一次一样，所以是一个地址。所以 666
就被打印出来了。
回到主题
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
char *parse_scheme(const char *url)
{
char *p = strstr(url,"://");
long l = p - url + 1;
char scheme[l];
strncpy(scheme, url, l-1);
printf("%s\n",scheme);
return scheme;
}
int main()
{
const char *url = "http://static.mengkang.net/upload/image/2019/0907/1567834464450406.png";
char *scheme = parse_scheme(url);
printf("%s\n",scheme);
return 0;
}
调试信息如下，当从 parse_scheme
返回时，打印 scheme
的结果还是 http
，但是当我们调用 printf
之后，和上面样例中一样， parse_scheme
出栈， printf
入栈，则栈上内存就又替换了，所以打印出来的结果则不再是 http
了。
