c - 在堆栈上查找函数的根

Question

我是一名 CS 专业的学生，​​我的类(class)有一个实验室来创建一个链表来保存内存信息(位置、大小等)，以在 C 中模拟一个简单的垃圾收集器。我们需要做的一件事是找到我们系统的基本指针。问题是我们几乎没有人能做到，教授已经暗示概念会在期末。

实验结束了，所以不要担心这是否值得打分或其他任何事情，我正在努力掌握这个想法，以便为我的期末考试做好准备。

我不确定“root”是否是一个常用术语，但我们的想法是我们保存 main 函数基址的位置，然后当我们调用 roots 函数时，我们立即保存它的位置函数，并遍历两者之间的所有内存，寻找指向我们链表的指针。做的指针被认为是“根”。

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这是我在实验室中的代码。也许只看它比尝试解释它更容易。我意识到这可能不是很好的代码，而且它实际上做任何事情，但我只是按照他们告诉我的去做。

*我的问题是我的链表中的“开始”和“结束”范围从未被指向 当我遍历堆栈时，所以我相信我的指针一定做错了。我的 &start 和 &fin 总是非常接近迭代器，但从不重叠，我不明白为什么。

两个文件都保存为.c文件编译它应该像gcc -g *.c一样简单

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
//#include "gc_lib.h"

typedef struct hnode{

    bool used;
    long size;
    void* loc;
    struct hnode* next;
    struct hnode* prev;
}hnode;

//Globals
long HEAP_SIZE = 0;
bool AUTO_FREE = false;
void* MAIN_BASE = NULL;
void* MY_HEAP = NULL;
hnode* head = 0;


bool gc_init( long heapsize, void* main_base, bool autofree ){

    if( heapsize <= 0 )
        return false;

    HEAP_SIZE = heapsize;
    AUTO_FREE = autofree;
    MAIN_BASE = main_base;

    if( ( MY_HEAP = malloc( HEAP_SIZE ) ) == NULL )
        return false;

    return true;    
}


void* gc_malloc( unsigned long size ){

    if( size <= 0 )
        return NULL;

    //first malloc
    if( !head ){

        head = malloc( sizeof( hnode ) );
        head -> size = size;
        head -> loc = MY_HEAP;
        head -> used = true;        
        head -> prev = 0;

        hnode* hMem = malloc( sizeof( hnode ) );
        hMem -> size = HEAP_SIZE - size;
        hMem -> loc = (void*)((char*)(MY_HEAP) + size);
        hMem -> used = false;
        hMem -> next = 0;
        hMem -> prev = head;

        head -> next = hMem;

        return head -> loc;
    }

    hnode* findSpot = head;
    void* tempLoc = MY_HEAP;    
    int tempS = 0;

    while( findSpot ){

        //Used node
        if( findSpot -> used == true ){

            tempS += findSpot -> size;
            tempLoc = (void*)((char*)(MY_HEAP) + tempS);
            findSpot = findSpot -> next;
        }
        //Empty node; fits perfectly
        else if( ( findSpot -> used == false ) && ( findSpot -> size == size ) ){

            findSpot -> used = true;
            return findSpot -> loc;
        }
        //Empty node; fits imperfectly
        else if( ( findSpot -> used == false ) && ( findSpot -> size > size ) ){

            int splitSize = ( findSpot -> size ) - size;

            findSpot -> used = true;
            findSpot -> size = size; 

            hnode* newNode = malloc ( sizeof( hnode ) );
            newNode -> prev = findSpot;
            newNode -> next = findSpot -> next;
            newNode -> size = splitSize;
            newNode -> used = false;

            if( findSpot -> next )
                findSpot -> next -> prev = newNode;

            findSpot -> next = newNode;
            tempS += findSpot -> size;
            tempLoc = (void*)((char*)(MY_HEAP) + tempS);

            newNode -> loc = tempLoc;
            return findSpot -> loc;
        }
        //Empty node; too small
        else if( ( findSpot -> used == false ) && ( findSpot -> size < size ) ){

            tempS += findSpot -> size;
            tempLoc = (void*)((char*)(MY_HEAP) + tempS);
            findSpot = findSpot -> next;
        }
    }

    return NULL;
}


void print_roots( void ){

    register void* base asm("ebp");

    void* iter = base;
    printf( "Roots:\n" );

    if( head ){

        void* mBase = MAIN_BASE;
        hnode* nTemp = head;
        void* start = 0;
        void* fin = 0;

        while( iter != mBase ){

            if( nTemp )
                start = nTemp -> loc;

            while( nTemp && nTemp -> used)                
                nTemp = nTemp -> next;

            fin = nTemp -> loc + nTemp -> size;


            if( iter >= start && iter <= fin )
                fprintf( stdout, ">>>>%p\n", iter );

            printf("iter: %p\n", (iter)++ );
        }

        printf("MAIN_BASE: %p\n", MAIN_BASE );
        printf("base: %p\n", base );
        printf("\tstart: %p\n", &start );
        printf("\tfin: %p\n", &fin );
    }
}

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这是我们提供的测试文件:

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <assert.h>

#include "gc_lib.h"



int main(int argc, char** argv){
    register void* base asm("ebp");
    gc_init(100, base, false);

    void* x1 = gc_malloc(8);
    assert(x1 != NULL);
    void* x2 = gc_malloc(8);
    assert(x2 != NULL);
    assert((x2 == x1 + 8) || (x2 == x1 - 8));

    printf("%p\n", x1);
    printf("%p\n", x2);

    print_roots();

    return 0;
}

Answer 1

如果我是对的，你想知道为什么永远不会满足以下条件，并且相应的 printf 永远不会执行:

 if( iter >= start && iter <= fin )
            fprintf( stdout, ">>>>%p\n", iter );

据我所知，代码register void* base asm("ebp");放置 base EBP 寄存器中的变量。虽然，这似乎只是编译器将其放置在那里的建议，因此可以忽略 - 来自 gcc docs :

This option does not guarantee that GCC generates code that has this variable in the register you specify at all times.

因此，无法保证获得 EBP 值。

但这里好像不是这样。 iter从 base 开始值，即指向 void print_roots( void ) 所在位置的指针被调用自(我在这里可能是错的，但这并不重要——它指向堆栈中的某个地方)。它通过增加它的值进行迭代，直到它等于 MAIN_BASE。 ，它指向一个堆栈，其中 int main(int argc, char** argv)函数存储一些关于它自己的东西。在这两个值之间，main 的局部变量预期会找到函数( x1 和 x2 )，它指向堆中的某个位置(其中一些 hnode->loc 指向)。

以下代码定义了 start 的值和 fin变量:

nTemp = head;
if( nTemp )
    start = nTemp -> loc;

while( nTemp && nTemp -> used)                
    nTemp = nTemp -> next;

fin = nTemp -> loc + nTemp -> size;

所以，start和 fin指向堆(因为列表中的任何 hnode 都是指向堆的指针)，而 iter指向堆栈。这就是为什么条件iter >= start && iter <= fin永远不会满足。