函数调用约定总结

    在C语言中，假设我们有这样的一个函数：

    

    int function(int a,int b)；

 

    调用时只要用result = function(1,2)这样的方式就可以使用这个函数。但是，当高级语言被编译成计算机可以识别的机器码时，有一个问题就凸现出来：在CPU中，计算机没有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数，也没有硬件可以保存这些参数。也就是说，计算机不知道怎么给这个函数传递参数，传递参数的工作必须由函数调用者和函数本身来协调。为此，计算机提供了一种被称为栈的数据结构来支持参数传递。

    栈是一种先进后出的数据结构，栈有一个存储区、一个栈顶指针。栈顶指针指向堆栈中第一个可用的数据项（被称为栈顶）。用户可以在栈顶上方向栈中加入数据，这个操作被称为压栈(Push)，压栈以后，栈顶自动变成新加入数据项的位置，栈顶指针也随之修改。用户也可以从堆栈中取走栈顶，称为弹出栈(pop)，弹出栈后，栈顶下的一个元素变成栈顶，栈顶指针随之修改。

    函数调用时，调用者依次把参数压栈，然后调用函数，函数被调用以后，在堆栈中取得数据，并进行计算。函数计算结束以后，或者调用者、或者函数本身修改堆栈，使堆栈恢复原装。在参数传递中，有两个很重要的问题必须得到明确说明：当参数个数多于一个时，按照什么顺序把参数压入堆栈函数调用后，由谁来把堆栈恢复原装，在高级语言中，通过函数调用约定来说明这两个问题。常见的调用约定有：

    stdcall
    cdecl
    fastcall
    thiscall
    naked call

stdcall调用约定
stdcall很多时候被称为pascal调用约定，因为pascal是早期很常见的一种教学用计算机程序设计语言，其语法严谨，使用的函数调用约定就是stdcall。在Microsoft C++系列的C/C++编译器中，常常用PASCAL宏来声明这个调用约定，类似的宏还有WINAPI和CALLBACK。那么CALLBACK，WINAPI和AFXAPI到底是什么？它们分别在什么地方被定义的？

在头文件windef.h中，CALLBACK, WINAPI, APIENTRY

……

#define CALLBACK  __stdcall

#define WINAPI         __stdcall

#define WINAPIV       __cdecl

#define APIENTRY    WINAPI

……

 

在头文件AFXVER_.H中，AFXAPI的定义如下：

    ……

   // AFXAPI is used on global public functions

#ifndef AFXAPI

        #define AFXAPI __stdcall

#endif

    ……

stdcall调用约定声明的语法为(以上面那个函数为例）：

int __stdcall function(int a,int b) _stdcall要在类型声明符之后

stdcall的调用约定意味着：1）参数从右向左压入堆栈，2）函数自身修改堆栈 3)函数名自动加前导的下划线，后面紧跟一个@符号，其后紧跟着参数的尺寸
以上述这个函数为例，参数b首先被压栈，然后是参数a，函数调用function(1,2)调用处翻译成汇编语言将变成：

push 2 第二个参数入栈
push 1 第一个参数入栈
call function 调用参数，注意此时自动把cs:eip入栈
此时进入function函数
push ebp 保存ebp寄存器，该寄存器将用来保存堆栈的栈底指针，可以在函数退出时恢复
mov ebp,esp

mov eax,[ebp + 8H] 堆栈中ebp指向位置之前依次保存有ebp,cs:eip,a,b 其中 ebp +8指向a
add eax,[ebp + 0CH] 堆栈中ebp + 12处保存了b
mov esp,ebp 恢复esp
pop ebp
ret 8 退出时被调用函数自动修改堆栈指针esp


而在编译时，这个函数的名字被翻译成_function@8

注意不同编译器会插入自己的汇编代码以提供编译的通用性，但是大体代码如此。其中在函数开始处保留esp到ebp中，在函数结束恢复是编译器常用的方法。

从函数调用看，2和1依次被push进堆栈，而在函数中又通过相对于ebp(即刚进函数时的堆栈指针）的偏移量存取参数。函数结束后，ret 8表示清理8个字节的堆栈，函数自己恢复了堆栈。

cdecl调用约定
cdecl调用约定又称为C调用约定，是C语言缺省的调用约定，它的定义语法是：

int function (int a ,int b) //不加修饰就是C调用约定
int __cdecl function(int a,int b)//明确指出C调用约定


注意cdecl调用约定的参数压栈顺序是和stdcall是一样的，参数首先由有向左压入堆栈。所不同的是，函数本身不清理堆栈，调用者负责清理堆栈。由于这种变化，C调用约定允许函数的参数的个数是不固定的，这也是C语言的一大特色。对于前面的function函数，使用cdecl后的汇编码变成：

调用处
push 1
push 2
call function
add esp,8 注意：这里调用者在恢复堆栈被调用函数_function处
push ebp 保存ebp寄存器，该寄存器将用来保存堆栈的栈底指针，可以在函数退出时恢复
mov ebp,esp 保存堆栈指针
mov eax,[ebp + 8H] 堆栈中ebp指向位置之前依次保存有ebp,cs:eip,a,b,ebp +8指向a
add eax,[ebp + 0CH] 堆栈中ebp + 12处保存了b
mov esp,ebp 恢复esp
pop ebp
ret 注意，这里没有修改堆栈


由于参数按照从右向左顺序压栈，因此最开始的参数在最接近栈顶的位置，因此当采用不定个数参数时，第一个参数在栈中的位置肯定能知道，只要不定的参数个数能够根据第一个后者后续的明确的参数确定下来，就可以使用不定参数，例如对于CRT中的sprintf函数，定义为：

int sprintf(char* buffer,const char* format,...)

由于所有的不定参数都可以通过format确定，因此使用不定个数的参数是没有问题的。

fastcall
fastcall调用约定和stdcall类似，它意味着：

函数的第一个和第二个DWORD参数（或者尺寸更小的）通过ecx和edx传递，其他参数通过从右向左的顺序压栈被调用函数清理堆栈,函数名修改规则同stdcall。
其声明语法为：int fastcall function(int a,int b)

thiscall
thiscall是唯一一个不能明确指明的函数修饰，因为thiscall不是关键字。它是C++类成员函数缺省的调用约定。由于成员函数调用还有一个this指针，因此必须特殊处理，thiscall意味着：

参数从右向左入栈
如果参数个数确定，this指针通过ecx传递给被调用者；如果参数个数不确定，this指针在所有参数压栈后被压入堆栈。对参数个数不定的，调用者清理堆栈，否则函数自己清理堆栈。
为了说明这个调用约定，定义如下类和使用代码：

class A
{
 public:
    int function1(int a,int b);
    int function2(int a, ... );
};
int A::function1 (int a,int b)
{
    return a+b;
}

int A::function2(int a,...)
{
   va_list ap;
   va_start(ap,a);
   int i;
   int result = 0;
   for(i = 0;i < a; i++){
      result += va_arg(ap,int);
   }
   return result;
}
void callee()

{
   A a;
   a.function1 (1,2);
   a.function2(3,1,2,3);

}

callee函数被翻译成汇编后就变成：


//函数function1调用
0401C1D push 2
00401C1F push 1
00401C21 lea ecx,[ebp-8]
00401C24 call function1 注意，这里this没有被入栈
//函数function2调用
00401C29 push 3
00401C2B push 2
00401C2D push 1
00401C2F push 3
00401C31 lea eax,[ebp-8] 这里引入this指针
00401C34 push eax
00401C35 call function2
00401C3A add esp,14h

可见，对于参数个数固定情况下，它类似于stdcall，不定时则类似cdecl。

naked call
这是一个很少见的调用约定，一般程序设计者建议不要使用。编译器不会给这种函数增加初始化和清理代码，更特殊的是，你不能用return返回返回值，只能用插入汇编返回结果。这一般用于实模式驱动程序设计，假设定义一个求和的加法程序，可以定义为：
__declspec(naked) int add(int a,int b)
{
__asm mov eax,a
__asm add eax,b
__asm ret
}

注意，这个函数没有显式的return返回值，返回通过修改eax寄存器实现，而且连退出函数的ret指令都必须显式插入。上面代码被翻译成汇编以后变成：

mov eax,[ebp+8]
add eax,[ebp+12]
ret 8


注意这个修饰是和__stdcall及cdecl结合使用的，前面是它和cdecl结合使用的代码，对于和stdcall结合的代码，则变成：

__declspec(naked) int __stdcall function(int a,int b)
{
__asm mov eax,a
__asm add eax,b
__asm ret 8 //注意后面的8
}

至于这种函数被调用，则和普通的cdecl及stdcall调用函数一致。

附：

1 __stdcall和__cdecl有什么作用？他们的区别是什么？

a. __stdcall是新标准C/C++函数的调用方法。从底层上说，使用这种调用方法参数的进栈顺序和标准C调用(__cdecl方法)是一样的,都 是从右到左,但是__stdcall采用自动清栈的方式，而__cdecl是手工清栈。

b. windows规定,凡事由它来负责调用的函数必须定义为_stdcall类型，比如回调函数、WinMain函数等。

c. 如果没有显试声明的话，函数的调用方法默认是__cdecl。

 

2. 调用约定种类

   一共有5中函数调用约定(calling convention)，它决定一下内容：

   1) 函数参数的压栈顺序

   2) 由调用者还是被调用者把参数弹出栈

   3) 产生函数修饰名的方法

 

__stdcall调用约定：

函数的参数自右向左通过栈传递，被调用的函数在返回前清理传送参数的内存栈，

 

__cdecl调用约定：

是C和C++程序的缺省调用方式。每一个调用它的函数都包含清空堆栈的代码，所以产生的可执行文件大小会比调用__stdcall函数的大。函数采用从右到左的压栈方式。注意：对于可变参数的成员函数，始终使用__cdecl的转换方式。

 

__fastcall调用约定：

它是通过寄存器来传送参数的(实际上，它用ECX和EDX传送前两个双字(DWORD)或更小的参数，剩下的参数仍旧自右向左压栈传送，被调用的函数在返回前清理传送参数的内存栈)。

 

thiscall调用约定：

仅仅应用于"C++"成员函数。this指针存放于CX寄存器，参数从右到左压。thiscall不是关键词，因此不能被程序员指定。

 

naked call调用约定：

采用上述4种调用约定时，如果必要的话，进入函数时编译器会产生代码来保存ESI，EDI，EBX，EBP寄存器，退出函数时则产生代码恢复这些寄存器的内容。naked call不产生这样的代码。naked call不是类型修饰符，故必须和_declspec共同使用。

 

关键字 __stdcall、__cdecl 和 __fastcall 可以直接加在要输出的函数前，也可以在编译环境的 Setting...\C/C++ \Code Generation 项选择。当加在输出函数前的关键字与编译环境中的选择不同时，直接加在输出函数前的关键字有效。它们对应的命令行参数分别为/Gz、/Gd 和 /Gr。缺省状态为/Gd，即__cdecl。缺省状态为__cdecl。

 

3. 名字修饰约定

"C" 或者 "C++" 函数在内部（编译和链接）通过修饰名识别。修饰名是编译器在编译函数定义或者原型时生成的字符串。有些情况下使用函数的修饰名是必要的，如在模块定义文件里头指定输出"C++"重载函数、构造函数、析构函数，又如在汇编代码里调用"C""或"C++"函数等。修饰名由函数名、类名、调用约定、返回类型、参数等共同决定。函数名修饰约定随编译种类(C或C++)和调用约定的不同而不同，下面分别说明。

 

C编译时函数名修饰约定规则：

__stdcall调用约定：

    在输出函数名前加上一个下划线前缀，后面加上一个"@"符号和其参数的字节数，格式为 _functionname@number。

 

__cdecl调用约定：

    仅在输出函数名前加上一个下划线前缀，格式为 _functionname。

 

__fastcall调用约定：

    在输出函数名前加上一个"@"符号，后面也是一个"@"符号和其参数的字节数，格式为@functionname@number。

 

它们均不改变输出函数名中的字符大小写。

 

C++编译时函数名修饰约定规则：

__stdcall调用约定：

以"?"标识函数名的开始，后跟函数名；函数名后面以"@@YG"标识参数表的开始，后跟参数表；

参数表以代号表示：

    X——void，

    D——char，

    E——unsigned char，

    F——short，

    H——int，

    I——unsigned int，

    J——long，

    K——unsigned long，

    M——float，

    N——double，

    _N——bool，

    ....

    PA——表示指针，后面的代号表明指针类型，如果相同类型的指针连续出现，以"0"代替，一个"0"代表一次重复；

 

参数表的第一项为该函数的返回值类型，其后依次为参数的数据类型,指针标识在其所指数据类型前。

参数表后以"@Z"标识整个名字的结束，如果该函数无参数，则以"Z"标识结束。其格式为

    "?functionname@@YG*****@Z" 或 "?functionname@@YG*XZ"，

    例如

    int Test1(char *var1,unsigned long)    -----“?Test1@@YGHPADK@Z”

    void Test2()　　　　　　　　　　　   -----“?Test2@@YGXXZ”(第一个X表示返回类型，第二个X表示参数类型)

 

__cdecl调用约定：

    规则同上面的_stdcall调用约定，只是参数表的开始标识由上面的"@@YG"变为"@@YA"。VC++对函数的省缺声明是"__cedcl"，将只能被C/C++调用。

 

__fastcall调用约定：

    规则同上面的_stdcall调用约定，只是参数表的开始标识由上面的"@@YG"变为"@@YI"。

 

对于C++的类成员函数（其调用方式是thiscall），函数的名字修饰与非成员的C++函数稍有不同，首先就是在函数名字和参数表之间插入以“@”字符引导的类名；其次是参数表的开始标识不同，公有（public）成员函数的标识是“@@QAE”,保护（protected）成员函数的标识是“@@IAE”,私有（private）成员函数的标识是“@@AAE”，如果函数声明使用了const关键字，则相应的标识应分别为“@@QBE”，“@@IBE”和“@@ABE”。如果参数类型是类实例的引用，则使用“AAV1”，对于const类型的引用，则使用“ABV1”。下面就以类CTest为例说明C++成员函数的名字修饰规则：

class CTest

{

......

private:

    void Function(int);

protected:

    void CopyInfo(const CTest &src);

public:

    long DrawText(HDC hdc, long pos, const TCHAR* text, RGBQUAD color, BYTE bUnder, bool bSet);

    long InsightClass(DWORD dwClass) const;

......

};

对于成员函数Function，其函数修饰名为“?Function@CTest@@AAEXH@Z”，字符串“@@AAE”表示这是一个私有函数。“X”表示返回类型为void，“H”表示参数类型为int类型。

 

成员函数CopyInfo只有一个参数，是对类CTest的const引用参数，其函数修饰名为“?CopyInfo@CTest@@IAEXABV1@@Z”。

 

DrawText是一个比较复杂的函数声明，不仅有字符串参数，还有结构体参数和HDC句柄参数，需要指出的是HDC实际上是一个HDC__结构类型的指针，这个参数的表示就是“PAUHDC__@@”，其完整的函数修饰名为“?DrawText@CTest@@QAEJPAUHDC__@@JPBDUtagRGBQUAD@@E_N@Z”。

 

InsightClass是一个共有的const函数，它的成员函数标识是“@@QBE”，完整的修饰名就是“?InsightClass@CTest@@QBEJK@Z”。

 

举例：

比如动态链接库a有以下导出函数：

long MakeFun(long lFun);

动态库生成的时候采用的函数调用约定是__stdcall，所以编译生成的a.dll中函数MakeFun的调用约定是_stdcall，也就是函数调用时参数从右向左入栈，函数返回时自己还原堆栈。现在某个程序模块b要引用a中的MakeFun，b和a一样使用C++方式编译，只是b模块的函数调用方式是__cdecl，由于b包含了a提供的头文件中MakeFun函数声明，所以MakeFun在b模块中被其它调用MakeFun的函数认为是__cdecl调用方式，b模块中的这些函数在调用完MakeFun当然要帮着恢复堆栈啦，可是MakeFun已经在结束时自己恢复了堆栈，b模块中的函数这样多此一举就引起了栈指针错误，从而引发堆栈异常。宏观上的现象就是函数调用没有问题（因为参数传递顺序是一样的），MakeFun也完成了自己的功能，只是函数返回后引发错误。解决的方法也很简单，只要保证两个模块的在编译时设置相同的函数调用约定就行了。

 

现在再假定两个模块在编译的时候都采用__stdcall调用约定，但是a.dll使用C语言的语法编译的(C语言方式)，所以a.dll的载入库a.lib中MakeFun函数的名字修饰就是“_MakeFun@4”。b包含了a提供的头文件中MakeFun函数声明，但是由于b采用的是C++语言编译，所以MakeFun在b模块中被按照C++的名字修饰规则命名为“?MakeFun@@YGJJ@Z”，编译过程相安无事，链接程序时c++的链接器就到a.lib中去找“?MakeFun@@YGJJ@Z”，但是a.lib中只有“_MakeFun@4”，没有“?MakeFun@@YGJJ@Z”，于是链接器就报告：

error LNK2001: unresolved external symbol ?MakeFun@@YGJJ@Z

解决的方法和简单，就是要让b模块知道这个函数是C语言编译的，extern "C"可以做到这一点。一个采用C语言编译的库应该考虑到使用这个库的程序可能是C++程序（使用C++编译器），所以在设计头文件时应该注意这一点。通常应该这样声明头文件：

#ifdef _cplusplus

extern "C" {

#endif

long MakeFun(long lFun);

#ifdef _cplusplus

}

#endif

这样C++的编译器就知道MakeFun的修饰名是“_MakeFun@4”，就不会有链接错误了。

 

许多人不明白，为什么我使用的编译器都是VC的编译器还会产生“error LNK2001”错误？其实，VC的编译器会根据源文件的扩展名选择编译方式，如果文件的扩展名是“.C”，编译器会采用C的语法编译，如果扩展名是“.cpp”，编译器会使用C++的语法编译程序，所以，最好的方法就是使用extern "C"。

 

4. 单看函数的名字修饰

有两种方式可以检查你的程序中的函数的名字修饰：使用编译输出列表或使用Dumpbin工具。使用/FAc，/FAs或/FAcs命令行参数可以让编译器输出函数或变量名字列表。使用dumpbin.exe /SYMBOLS命令也可以获得obj文件或lib文件中的函数或变量名字列表。此外，还可以使用 undname.exe 将修饰名转换为未修饰形式。

5.附表

调用约定           压参数入栈顺序     把参数弹出栈者         函数修饰名(Calling convention)
-------------------------------------------------------------------------
__cdecl             右->左            调用者                 _function    
__fastcall          右->左            被调用者               @function@nnn     
__stdcall           右->左            被调用者             
__pascal            左->右            被调用者              
-------------------------------------------------------------------------

 

函数调用约定导致的常见问题
如果函数定义的约定和函数使用的约定不一致，则将导致堆栈被破坏，将出现run-time check failure #0 错误。下面程序就会出现这个错误。

#include

using namespace std;

#define WINAPI _stdcall
int max(int a,int b);//默认的是_cdecl

typedef int (WINAPI*f)(int ,int); //函数使用约定和定义约定要一致，否则会出现run-time check failure #0

int main(void)
{
    f f1 = (f)max;
    cout<<"max="<<f1(4,5)<<endl;
    return 0;
}
int max(int a,int b)
{
    return a+b;
}