iOS逆向：函数本质02（下）

Posted 2021-07-09 iOS大鑫

本文主要是讲解函数的参数、返回值、局部变量在汇编中是如何存储，以及CPSR标志寄存器

函数的参数和返回值

• arm64下，函数的参数是存放在x0-x7（w0-w7）这8个寄存器里面的，如果超过8个参数，就会入栈

  • 如果自定义函数时，参数最好不要超过6个（因为有两个隐藏参数 self，_cmd）

  • 如果函数需要多个参数，可以传入数组、结构体、指针等类型

• 函数的返回值放在x0寄存器中

  • 如果返回值大于8个字节，就会利用内存传递

  作为一个开发者，有一个学习的氛围跟一个交流圈子特别重要，这是一个我的ios开发交流群：130595548，不管你是小白还是大牛都欢迎入驻 ，让我们一起进步，共同发展！（群内会免费提供一些群主收藏的免费学习书籍资料以及整理好的几百道面试题和答案文档！）

查看系统的参数汇编

下面通过系统中对函数的汇编来查看系统对参数、返回值是如何操作的

int sum(int a, int b){
    return a + b;
}
- (void)viewDidLoad{
    [super viewDidLoad];
    sum(10, 20);
}
复制代码

• 查看汇编，在跳转到sum函数之前，已经将参数存入了w0、w1

• 在sum函数中，读取w0、w1，放入w8、w9。然后将相加后的结果放入w0（即返回值在w0寄存器）

自己优化实现suma

运行发现，其结果与sum函数是一致的,结果都是30

<!--asm.s-->
.text
.global _suma

_suma:
    add x0, x0, x1
    ret 

<!--调用-->
int suma;
- (void)viewDidLoad{
    [super viewDidLoad];
    suma(10, 20);
}
复制代码

编译器优化

来看以下代码的汇编

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);
}
复制代码

• 在test函数断住，查看汇编

以下是viewDidLoad栈空间的存入分析过程

下图是对汇编代码中入栈过程的一个图示

• 以下是test函数的汇编分析

编译器优化

• debug模式改成release模式，此时再来查看汇编代码，发现没有test函数，被优化掉了

• 如果非要执行test，可以这样写

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    printf("%d", test(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9));
}
复制代码

汇编代码如下，发现优化后的test函数在汇编中，其本质是一个数，也就是test函数的返回值。（相当于将printf("%d", test(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9));直接优化成了printf("%d", 45);）

通过汇编实现函数

• 定义函数声明及调用

int funcA(int a, int b);

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    int a = funcA(10, 20);
    printf("%d", a);
}
复制代码

• 汇编实现funcA

.text
.global _funcA, _sum

_funcA:
    sub sp, sp, #0x10
    stp x29, x30, [sp] //保护lr
    bl _sum
    ldp x29, x30, [sp]
    add sp, sp, #0x10
    ret

_sum:
    add x0, x0, x1
    ret

<!--简写-->

_funcA:
    stp x29, x30, [sp, #-0x10]!
    bl _sum
    ldp x29, x30, [sp], #0x10
    ret

_sum:
    add x0, x0, x1
    ret

<!--巧合：还可以将bl替换成b-->
//b就是简单跳转,在逆向中用于绕过某些代码（例如安全监测）

_funcA:
    b _sum

_sum:
    add x0, x0, x1
    ret
复制代码

运行结果如下所示

说明：

• 关于b指令：只是跳转，不改变lr寄存器
• 拉伸栈空间和参数个数有没有关系？：有关系，当参数越多时，如果寄存器放不下，就需要用到内存。就会将栈空间放大，影响栈空间的不仅仅是参数个数，还有局部变量

函数的返回值

如果返回值是一个结构体类型，一个寄存器放不下，这时是什么情况？

有以下代码，运行查看其汇编

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){
    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];

    struct Str str2 = getStr(1, 2, 3, 4, 5, 6);
}
复制代码

• 断点运行，以下是viewDidLoad函数的汇编

• 以下是getStr函数的汇编代码

结论：如果返回值大于x0的8个字节，也会使用栈空间来存储

练习

1、如果函数的参数/返回是9个呢？

struct Str{
    int a;
    int b;
    int c;
    int d;
    int e;
    int f;
    int g;
    int h;
    int i;
};

struct Str getStr(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g, int h, int i){
    struct Str str1;
    str1.a = a;
    str1.b = b;
    str1.c = c;
    str1.d = d;
    str1.e = e;
    str1.f = f;
    str1.g = g;
    str1.h = h;
    str1.i = i;
    return str1;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    struct Str str2 = getStr(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
}
复制代码

• 查看viewDidLoad函数汇编

• 查看getStr函数汇编

结论：发现前8个参数是存储到寄存器，第9个参数是存储到栈空间

2、如果结构体参数是10个呢？

struct Str{
    int a;
    int b;
    int c;
    int d;
    int e;
    int f;
    int g;
    int h;
    int i;
    int j;
};

struct Str getStr(int a, int b, int c, int d, int e, int f, int g, int h, int i, int j){
    struct Str str1;
    str1.a = a;
    str1.b = b;
    str1.c = c;
    str1.d = d;
    str1.e = e;
    str1.f = f;
    str1.g = g;
    str1.h = h;
    str1.i = i;
    str1.j = j;
    return str1;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    struct Str str2 = getStr(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
复制代码

• 查看viewDidLoad函数汇编

• 查看getStr函数汇编

• 其中w0-w7都是参数 - x8用于返回值参照 - w9用作临时变量

结论：前8个参数存储到寄存器，后两个参数存储到栈空间

函数的局部变量

• 函数的局部变量放在栈里面

分析下面代码的汇编

int funcB(int a, int b){
    int c = 6;
    return a + b + c;
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad]; 
    funcB(10, 20);
}
复制代码

• 查看viewDidLoad的汇编

• 查看funcB的汇编

总结：

• 局部变量存储在栈空间
• 参数的传递是用的寄存器，然后将寄存器的值写入栈

如果函数有嵌套调用的情况呢？

int funcB(int a, int b){
    int c = 6;
    int d = funcSum(a, b, c);
    return d;
}

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);
}
复制代码

• 从viewDidLoad到funcB没有任何变化

• 来看funcB的汇编

• 参数入栈，其实本质也是对参数的一个保护 - 所以使用的参数是从栈中获取，而不是直接通过寄存器获取 - stur 操作4个字节时使用

作为一个开发者，有一个学习的氛围跟一个交流圈子特别重要，这是一个我的iOS开发交流群：130595548，不管你是小白还是大牛都欢迎入驻 ，让我们一起进步，共同发展！（群内会免费提供一些群主收藏的免费学习书籍资料以及整理好的几百道面试题和答案文档！）

标记/状态寄存器

标记/状态寄存器：主要用于控制程序的执行流程

引子

分析下面函数的汇编

void func(){
    int a = 1;
    int b = 2;

    if (a == b){
        printf("a == b");
    }else{
        printf("error");
    }
}

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    func();
}
复制代码

• 查看func的汇编

• 手动更改cpsr的值（从1000 -> 0100）

输入c执行，此时的输出是 a == b

所以，从这里可以说明，高四位（31-28）是有特殊含义的

CPSR

• 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，个数和数据结构都可能不同）。这种寄存器在ARM中，被称为状态寄存器，即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，即它的每一位都有专门的含义，用于记录特定的信息

• 注意：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

• 中间27-8是保留位，主要作用是为了升级，即更新扩展

• 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，则 N=1

  • 如果是非负数，则 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。例如adds/sub/or等，他们大都是运算指令（用于进行逻辑/算数运算）

  • adds 执行add运算，且会改变标志位

案例调试

查看以下代码的汇编

void func(){
     asm(
        "mov w0, #0xffffffff\\n"
        "adds w0, w0, #0x0\\n"
        );
}
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];

    func();
}
复制代码

• 执行mov w0, #0xffffffff：w0赋值-1

查看此时的cpsr，高4位是6（即0110）

• 执行adds w0, w0, #0x0：因为w0位负数，加上0x0后，仍为负数，所以N标志为1

从cpsr的值中可以看出，6变成了8，即 0110 -> 1000,N位从0变成了1，符合我们的预期

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，则 Z=1（此时能确定前面两位为01，即N非负，为0，z为1）

  • 如果结果不为0，则 Z=0

对于Z的值，可以这样看，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时Z=1（表示”结果为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时Z=0，表示”结果不为0“

案例调试

目的：验证z为1时，N必为0

void func(){
    asm(
        "mov w0, #0x0\\n"
        "adds w0, w0, #0x0\\n"
    );
}
复制代码

• 查看此时的CPSR

• 执行mov w0, #0x0 和 adds w0, w0, #0x0，发现N和Z仍然是0和1

• 修改：将adds中的0x0更改为0x1

void func(){
    asm(
        "mov w0, #0x0\\n"
        "adds w0, w0, #0x1\\n"
    );
}
复制代码

查看CPSR，从图中可以看出，由于为结果为非负数，所以N为0，同时也不为0，则Z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（无符号溢出），则C=1，否则C=0

  • 例如 1111 1111 + 1 --> 1 0000 0000，此时的1就保存在C标志位

• 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

• 例如 0000 0001 - 0000 0010 --> 1111 1111，

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，如下所示

进位

当两个数相加时，有可能产生从最高有效位向更高位的进位，例如两个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，就说这个进位值丢失了。其实CPU在运算时，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，例如下面的指令

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
复制代码

• 首先将CPSR变成0x00000000，然后查看执行mov w0,#0xaaaaaaaa后的CPSR

• 执行第一次adds w0,w0,w0：进位1，C为1

• 执行第二次adds w0,w0,w0：无进位，C由1变成0

• 执行第三次adds w0,w0,w0：有进位，0变成1

• 执行第四次adds w0,w0,w0，无进位，1变成0

借位

当两个数据做减法时，有可能向更高位借位，例如，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，例如下面的指令

mov w0,#0x0
subs w0,w0,#0xff
subs w0,w0,#0xff
subs w0,w0,#0xff
复制代码

• 将CPSR修改为0x00000000，执行mov w0,#0x0

• 执行第一次subs w0,w0,#0xff：产生了借位，所以C=0

• 执行第二次subs w0,w0,#0xff：无借位，所以C=1

• 执行第三次subs w0,w0,#0xff：无借位，所以C=1

作为一个开发者，有一个学习的氛围跟一个交流圈子特别重要，这是一个我的iOS开发交流群：130595548，不管你是小白还是大牛都欢迎入驻 ，让我们一起进步，共同发展！（群内会免费提供一些群主收藏的免费学习书籍资料以及整理好的几百道面试题和答案文档！）

总结

• 函数参数

  • arm64中，参数是放在x0-x7的8个寄存器中

  • 如果是浮点数，就会用浮点数寄存器

  • 如果超过8个参数就会用栈传递

• 函数返回值

  • 一般函数的返回值使用x0寄存器保存

  • 如果返回值大于了8个字节（x0寄存器大小是8个字节），就会利用内存传递返回值

• 函数局部变量

  • 局部变量存储在栈空间

• 函数的嵌套调用：会将x29、x30寄存器入栈保护

• 状态（标志）寄存器 - CPSR

  • arm64中cpsr寄存器（32位）为状态寄存器

  • 最高4位（28、29、30、31）为标志位

    • N标志（负标记位）

      • 执行结果为负数N=1

      • 执行结果非负数N=0

    • Z标志（0标记位）

      • 结果为0则Z=1

      • 结果非0则Z=0

    • C标志（无符号溢出）

      • 加法：进位 C=1，否则C=0

      • 减法：借位 C=0，否则C=1

    • V标志（有符号溢出）

      • 正数+正数=负数，则V=1

      • 正数+负数=正数，则V=0