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iOS 逆向开发03:函数本质上

iOS 逆向开发03:函数本质上

作者: differ_iOSER | 来源:发表于2021-08-13 10:05 被阅读0次

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    一、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,利用内存传递参数。
    函数的返回值是放在X0(W0)寄存器里面的,如果返回值大于8个字节(指针大小=8字节),就会利用内存传递返回值。

    • 因此C语言函数建议不超过8个参数,OC函数建议不超过6个参数(OC函数含两个默认参数:self、cmd)

    查看系统含参函数汇编是如何实现的

    @implementation ViewController
    
    int sum(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
        
        sum(10, 20);
    }
    
    @end
    

    由于这是未经过LLDB优化的汇编,所以有冗余的汇编代码。由于sum是叶子函数(最后一个ret)因此不需要lr入栈保存
    因此可自己实现相同功能的sum函数:

    _sum:
        add x0,x0,x1
        ret
    

    函数参数个数超过8个的情况:

    @implementation ViewController
    
    int test(int a,int b,int c,int d,int e,int f,int g,int h,int i) {
        return a + b + c + d + e + f + g + h + I;
    }
    
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
    
        test(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
    }
    
    @end
    

    函数返回值大于8个字节的情况:

    @implementation ViewController
    
    struct str {
        int a;
        int b;
        int c;
        int d;
        int f;
        int g;
    };
    
    struct str getStr(int a,int b,int c,int d,int f,int g) {
    //    //24字节开辟堆空间!
    //   struct str * str1 = malloc(24);正常情况是返回结构体指针
        struct str str1;
        str1.a = a;
        str1.b = b;
        str1.c = c;
        str1.d = d;
        str1.f = f;
        str1.g = g;
        return str1;
    }
    
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
    
        //你的局部变量!!! 我的栈区域!! A  --> B  在B调用完毕之后,B的参数释放了吗???
        struct str str2 = getStr(1, 2, 3, 4, 5, 6);
    }
    

    stur作用和str一样,只是stur用来处理4个字节的数据

    面试题:函数A调用函数B,在B调用完毕之后,B的参数都释放了吗???

    不一定。如果参数超过8个,那么多余的参数是存在函数A的栈中。在B调用完毕之后,B的参数释放不完。

    二、函数的局部变量

    函数的局部变量放在栈里面!

    @implementation ViewController
    
    int funcB(int a,int b) {
        int c = 6;
        return a+b+c;
    }
    
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
    
        funcB(10, 20);
    }
    
    @end
    

    函数有局部变量和嵌套调用的情况:

    @implementation ViewController
    
    int funcB(int a,int b) {
        int c = 6;
        int d = funcSum(a, b, c);
        int e = funcSum(a, b, c);
        return d + e;
    }
    
    int funcSum(int a,int b,int c) {
        int d = a + b + c;
        printf("%d",d);
        return d;
    }
    
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
    
        funcB(10, 20);
    }
    
    @end
    


    三、状态寄存器

       CPU内部的寄存器中,有一种特殊的寄存器(对于不同的处理器,个数和结构都可能不同).这种寄存器在ARM中,被称为状态寄存器就是CPSR(current program status register)寄存器
    CPSR和其他寄存器不一样,其他寄存器是用来存放数据的,都是整个寄存器具有一个含义.而CPSR寄存器是按位起作用的,也就是说,它的每一位都有专门的含义,记录特定的信息.

    注:CPSR寄存器是32位的

    • CPSR的低8位(包括I、F、T和M[4:0])称为控制位,程序无法修改,除非CPU运行于特权模式下,程序才能修改控制位!
    • N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变,并且可以决定某条指令是否被执行!意义重大!

    N(Negative)标志

    CPSR的第31位是 N,符号标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为负.如果为负 N = 1,如果是非负数 N = 0.

       注意,在ARM64的指令集中,有的指令的执行时影响状态寄存器的,比如add\sub\or等,他们大都是运算指令(进行逻辑或算数运算);

    Z(Zero)标志

    CPSR的第30位是Z,0标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为0.如果结果为0:Z = 1.如果结果不为0:Z = 0.

       对于Z的值,我们可以这样来看,Z标记相关指令的计算结果是否为0,如果为0,则Z要记录下"是0"这样的肯定信息.在计算机中1表示逻辑真,表示肯定.所以当结果为0的时候Z = 1,表示"结果是0".如果结果不为0,则Z要记录下"不是0"这样的否定信息.在计算机中0表示逻辑假,表示否定,所以当结果不为0的时候Z = 0,表示"结果不为0"。

    C(Carry)标志

    CPSR的第29位是C,进位标志位。一般情况下进行无符号数的运算
    加法运算:当运算结果产生了进位时(无符号数溢出),C=1,否则C=0。
    减法运算(包括CMP):当运算时产生了借位时(无符号数溢出),C=0,否则C=1。

       对于位数为N的无符号数来说,其对应的二进制信息的最高位,即第N - 1位,就是它的最高有效位,而假想存在的第N位,就是相对于最高有效位的更高位。如下图所示:

    进位

       我们知道,当两个数据相加的时候,有可能产生从最高有效位想更高位的进位。比如两个32位数据:0xaaaaaaaa + 0xaaaaaaaa,将产生进位。由于这个进位值在32位中无法保存,我们就只是简单的说这个进位值丢失了。其实CPU在运算的时候,并不丢弃这个进位制,而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。ARM下就用C位来记录这个进位值。比如,下面的指令

    mov w0,#0xaaaaaaaa;0xa 的二进制是 1010
    adds w0,w0,w0; 执行后 相当于 1010 << 1 进位1(无符号溢出) 所以C标记 为 1
    adds w0,w0,w0; 执行后 相当于 0101 << 1 进位0(无符号没溢出) 所以C标记 为 0
    adds w0,w0,w0; 重复上面操作
    adds w0,w0,w0
    

    借位

       当两个数据做减法的时候,有可能向更高位借位。再比如,两个32位数据:0x00000000 - 0x000000ff,将产生借位,借位后,相当于计算0x100000000 - 0x000000ff。得到0xffffff01 这个值。由于借了一位,所以C位 用来标记借位。C = 0.比如下面指令:

    mov w0,#0x0
    subs w0,w0,#0xff ;
    subs w0,w0,#0xff
    subs w0,w0,#0xff
    

    adds、subs会改变标志位, add、sub不会改变标志位。都会改变操作的寄存器的值

    V(Overflow)溢出标志

    CPSR的第28位是V,溢出标志位。在进行有符号数运算的时候,如果超过了机器所能标识的范围,称为溢出。

    • 正数 + 正数 为负数 溢出
    • 负数 + 负数 为正数 溢出
    • 正数 + 负数 不可能溢出(同样宽度的数据)

    CPU在进行计算时并不知道参与计算的数是有符号数还是无符号数,C标志位会将参与计算的数据当做无符号数进行相应标记,V标志位会将参与计算的数据当做有符号数进行相应标记。在上层代码读取计算结果时通过自己是有无符号数读取C或V标记判断计算结果是否溢出。

    条件代码:

    @implementation ViewController
    
    void func() {
        int a = 1;
        int b = 2;
    
        if (a == b) {
            printf("a == b\n");
        } else {
            printf("error\n");
        }
    }
    
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
    
        func();
    }
    
    @end
    

    将状态寄存器(cpsr)的值由0x80000000改为0x40000000就能将cpsr的Z标志改为1,这样就能让条件跳转指令认为a-b=0从而a == b。(判断指令==底层就是减法sub指令)

    .m文件中编写汇编代码:

    @implementation ViewController
    
    void func() {
    //    int a = 1;
    //    int b = 2;
    //
    //    if (a == b) {
    //        printf("a == b\n");
    //    } else {
    //        printf("error\n");
    //    }
        asm(
            "mov w0,#0xaaaaaaaa\n"
            "adds w0,w0,w0\n"
            "adds w0,w0,w0\n"
            "adds w0,w0,w0\n"
            "adds w0,w0,w0\n"
            );
        
    }
    
    @end
    

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