逆向随笔 - switch 语句深入分析

Posted 2020-08-31 ___stdcall

switch case 语句在c语言里还是比较简单的，但是被编译出来之后，优化结果往往让人很疑惑，完全看不懂，下面我们一次次的尝试，看看编译器到底把switch语句变成什么样了。

 

① 先上个最简单的：

 

switch ( argc )
 {
 case 10:
  printf("case 10 ! \\r\\n");
  break;

 case 11:
  printf("case 11 ! \\r\\n");
  break;

 default:
  printf("default ! \\r\\n");
  break;
 }

 getchar();

丢进OD里，看下反汇编代码：

 

第三行开始，取值到eax中

eax -= 10 ( 0xA )

if (  eax == 0  )                // 如果 eax - 10 == 0，直接可以得出结论 eax == 10

  je 0x002C103E

else

{

   eax--;

   if ( eax == 0 )               // 刚上面 eax - 10 了，这里又减 1，一起就是 如果 eax - 11 == 0, 那么 eax == 11

       je 0x002C1026

   else

       default

}

 

只有少数分支且case的值连续的时候，会用被判断的值 - 最小值，然后 dec 减1，je 判断

 

 

② 少数分支，但值不连续的时候

 

switch ( argc )
	{
	case 10:
		printf("case 10 ! \\r\\n");
		break;

	case 100:
		printf("case 100 ! \\r\\n");
		break;

	default:
		printf("default ! \\r\\n");
		break;
	}

	getchar();

反汇编：

 

我们可以看到，直接就是cmp , je，类似于 if else 结构

 

只有少数分支，case的值不连续的时候，直接cmp , je

 

 

③ 当分支数量大于3个且连续的时候

 

 

switch ( argc )
	{
	case 10:
		printf("case 10 ! \\r\\n");
		break;

	case 11:
		printf("case 11 ! \\r\\n");
		break;

	case 12:
		printf("case 12 ! \\r\\n");
		break;

	case 13:
		printf("case 13 ! \\r\\n");
		break;


	default:
		printf("default ! \\r\\n");
		break;
	}

	getchar();

反汇编：

 

依旧是第三行开始，这次貌似代码不太一样了，没错，这又是一个新姿势了

 

eax = eax - 10 ( 0xA )

cmp eax, 3 这里是什么意思呢？？？ 为什么突然跟3比较？为嘛不是 4,5,6 ？ 原来，这个时候为了达到更好的性能，编译器替我们生成了一张表，跳转表，这也是switch语句的精髓所在

大跳转表（为嘛叫大表，后面解释），其实就是一个地址数组

    下标范围：case最大值 - case最小值

    大小：case最大值 - case最小值 + 1

 

我们看后面的寻址方式，jmp dword ptr ds:[ eax*4 + 0xFC1090 ]，典型的数组寻址，这个0xFC1090就是跳转表首地址，我们看看这个表，上图红色选中部分，我们发现里面存储的值刚好是case的地址，我们理清下思路：

 

值 - case中的最小值 得到大表的索引，如果这个索引不在大表下标范围内，ja （无符号大于跳转）到 default，否则，jmp dword ptr ds:[ eax*4 + 0xFC1090 ]，用这个索引在大表中取得 case 对应地址，直接过去。

 

这个大表是编译器生成，我们不用去管，至于怎么生成？大家可以自己来尝试实现一下。

 

 

④ 当分支数量大于3个且部分不连续的时候（差值较小）

 

switch ( argc )
	{
	case 10:
		printf("case 10 ! \\r\\n");
		break;

	case 11:
		printf("case 11 ! \\r\\n");
		break;

	case 13:
		printf("case 13 ! \\r\\n");
		break;

	case 15:
		printf("case 12 ! \\r\\n");
		break;

	default:
		printf("default ! \\r\\n");
		break;
	}

	getchar();

反汇编：

 

 

大表大小： 15 - 10 + 1 = 6 ，这个时候我们也只case了4个值，但是大表仍然被补齐成6个了，观察发现，中间缺少的值被补成default

当我们的值为14时，14 - 0xA = 4,  4 < 5,  [ 4*4 + 0xFC1090 ] =  0x00041075 -> default，是不是很机智。

 

 

 

⑤ 当分支数量大于3个且部分不连续的时候（差值较大）

 

switch ( argc )
	{
	case 10:
		printf("case 10 ! \\r\\n");
		break;

	case 11:
		printf("case 11 ! \\r\\n");
		break;

	case 12:
		printf("case 12 ! \\r\\n");
		break;

	case 19:
		printf("case 19 ! \\r\\n");
		break;


	default:
		printf("default ! \\r\\n");
		break;
	}

	getchar();

 

反汇编：

 

这个时候我们的两个值的差值是7，这个时候发现又不一样了，寻址方式变成了：movzx eax, byte ptr ds:[ eax + 0xE610A8 ]，dword 变 byte 了，我们数据窗口中看一下，如图选中内容，这就是小表，每个元素只占1个字节，小表大小也是最大值 19  - 最小值 10，接下来就是 jmp dword ptr ds:[ eax*4 + 0xE61094 ]，这个当然，又是我们亲爱的大表了，联系上下文我们发现，小表里面存的就是大表的下标，为什么要这样设计呢？ 因为大表占四个字节，当差距比较大时，生成的大表自然也会变得很大，这个时候使用小表，可以更加节约内存。

 

 

⑥ 当分支数量大于3个且部分不连续的时候（差值非常大）

 

switch ( argc )
	{
	case 10:
		printf("case 10 ! \\r\\n");
		break;

	case 11:
		printf("case 11 ! \\r\\n");
		break;

	case 12:
		printf("case 12 ! \\r\\n");
		break;

	case 600:
		printf("case 600 ! \\r\\n");
		break;


	default:
		printf("default ! \\r\\n");
		break;
	}

	getchar();

 

反汇编：

 

最大值 600 - 最小值 10 = 590，，小表 590 字节 ？ 这样的话，小表就很大了，所以，又进行了改变，连续的部分依然使用第一种方法，不连续的使用 if else 结构，不再使用跳转表了。

 

 

通过对 switch case 的一步步分析，我们发现情况还是很多的，可能不同的编译器不一样的优化，搞清楚原理，才能真正游刃有余。