iOS 彙編基礎（三）還原高階程式碼之迴圈和判斷

weixin_34292287發表於2018-05-02
iOS

一 if 和 if else

1. if
int g = 30;
void func(int a,int b){
   if (a >b) {
     g = a;
   }
 }

int main(int argc, char * argv[]) {
    func(10, 20);
   return 0;
}
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上面func的彙編程式碼如下：

067A0 _func                                   ; CODE XREF: _main+28↓p

 var_8           = -8
 var_4           = -4
 SUB             SP, SP, #0x10 //拉伸棧空間
STR             W0, [SP,#0x10+var_4] //把w0寫入記憶體 int var_4=w0
STR             W1, [SP,#0x10+var_8] //把w1寫入記憶體 int var_8 =w1
LDR             W0, [SP,#0x10+var_4] //把w0從記憶體var_4中讀出來 int w0= var_4
LDR             W1, [SP,#0x10+var_8] //把w1從記憶體var_8中讀出來 int w1= var_8
 CMP             W0, W1  //比較w0和w1
B.LE            loc_1000067CC  //如果w0<=w1那麼跳轉到loc_1000067CC處執行
ADRP            X8, #_g@PAGE 
ADD             X8, X8, #_g@PAGEOFF  //以上兩句獲取全域性變數g的儲存地址
LDR             W9, [SP,#0x10+var_4]  //int w9=var_4
STR             W9, [X8]  // 把w9讀到x8的記憶體地址中去，即 *x8=w9

 loc_1000067CC                          
                ADD             SP, SP, #0x10  //恢復棧 棧平衡
                RET    //返回的時候沒有任何操作以及沒有對x0進行操作,所以沒有返回值
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main函式的彙編如下:

 _main
__text:00000001000068F8
__text:00000001000068F8 var_10          = -0x10
__text:00000001000068F8 var_8           = -8
__text:00000001000068F8 var_4           = -4
__text:00000001000068F8 var_s0          =  0
__text:00000001000068F8
__text:00000001000068F8                 SUB             SP, SP, #0x20
__text:00000001000068FC                 STP             X29, X30, [SP,#0x10+var_s0]
__text:0000000100006900                 ADD             X29, SP, #0x10
__text:0000000100006904                 MOV             W8, #0xA
__text:0000000100006908                 MOV             W9, #0x14
__text:000000010000690C                 STUR            WZR, [X29,#var_4]
__text:0000000100006910                 STR             W0, [SP,#0x10+var_8]
__text:0000000100006914                 STR             X1, [SP,#0x10+var_10]
__text:0000000100006918                 MOV             X0, X8
__text:000000010000691C                 MOV             X1, X9
__text:0000000100006920                 BL              _func
__text:0000000100006924                 MOV             W8, #0
__text:0000000100006928                 MOV             X0, X8
__text:000000010000692C                 LDP             X29, X30, [SP,#0x10+var_s0]
__text:0000000100006930                 ADD             SP, SP, #0x20
__text:0000000100006934                 RET
__text:0000000100006934 ; End of function _main
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  • 因為在main中呼叫func之前MOV X0, X8 和 MOV X1, X9 x0-x7儲存引數，w是x的低32位，所以func有兩個引數。
  • 在main中，因為MOV W8, #0xA和MOV W9, #0x14所以func的兩個引數分別是#0xA和#0x14換算成10進製為10和20，以上得到void func(int a, int b)main中呼叫func(10,20)
  • 在func的彙編中SP, SP, #0x10這是拉伸棧空間，拉伸#0x10即16個位元組。拉伸多少棧空間和區域性變數引數以及是否保護x29,x30有關。
  • 根據func中的註釋的分析，得到：
void func(int a, int b)
{
  int var_4=w0;
  int var_8 =w1;
  int w0= var_4;
  int w1= var_8;
  if (w0 <= w1}
  {
      return;
  }
  g = *x8;
  int w9=var_4;
  *x8 = w9;
}  由此獲得 void func(int a,intb){ if (a>b){g = a} }
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2. if else
int  func(){
    int a=10;
    int b=20;
    if (a >b) {
        g = a;
    }
    else{
         g=b;
    }
    return g;
}
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彙編如下:

 var_8           = -8
var_4           = -4
SUB             SP, SP, #0x10   //拉伸16位元組棧空間
MOV             W8, #0x14   //int w8 = 0x14即int w8=20;
MOV             W9, #0xA   //int w9 = 10;
STR             W9, [SP,#0x10+var_4]    
STR             W8, [SP,#0x10+var_8]
LDR             W8, [SP,#0x10+var_4]
LDR             W9, [SP,#0x10+var_8]   //以上為w8,w9進行記憶體保護
CMP             W8, W9  // if(w8 <= w9)執行loc_1000068E0處程式碼
B.LE            loc_1000068E0
ADRP            X8, #_g@PAGE
ADD             X8, X8, #_g@PAGEOFF  //獲取全域性變數g
LDR             W9, [SP,#0x10+var_4]
STR             W9, [X8]    //x8地址的內容為var_4的內容
B               loc_1000068F0  //跳轉到loc_1000068F0處執行
---------------------------------------------------------------------------
 loc_1000068E0                         
ADRP            X8, #_g@PAGE
ADD             X8, X8, #_g@PAGEOFF //獲取全域性變數g儲存到x8的地址中
LDR             W9, [SP,#0x10+var_8]
 STR             W9, [X8]  //x8的內容為var_8的內容

 loc_1000068F0                          
ADRP            X8, #_g@PAGE
ADD             X8, X8, #_g@PAGEOFF //獲取全域性變數g儲存到x8的地址中
LDR             W0, [X8] //x8的內容為x0的內容
ADD             SP, SP, #0x10 //棧平衡
RET

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  • 在func中，沒有對x0-x7進行保護，main中x0-x7也沒有入棧，那麼func沒有引數
  • func中，RET之前對w0進行了操作，所以有返回值。函式返回值一般為x0(w0是x0的低32位.返回值為x8,x8=g,那麼返回值為g
  • 還可以看出g進行了賦值操作，賦值給var_4和var_8，那麼g的型別為var_4和var_8的型別。
  • 還可得出var_4和var_8就是區域性變數 W8和W9，w8=20;w9 = 10; 以上還原成高階程式碼為：
int func()
{
  int w8 = 20;
  int w9=10;
  if(w8 > w9)
  {
    g=w8;
   }
  else{
    g = w9;
  }
  *x8 = g;
  int w0=*x8;
  return w0;
}
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總結：CMP 和B.LE(小於等於)再加上B組成if else，只有cmp和B組成if等判斷語句

二 常見的cmp（Compare）比較指令

CMP 把一個暫存器的內容和另一個暫存器的內容或立即數進行比較。但不儲存結果，只是正確的更改標誌。 一般CMP做完判斷後會進行跳轉，後面通常會跟上B指令！

  • BL 標號：跳轉到標號處執行
  • BL 標號：比較結果是小於等於，執行標號，否則不跳轉
  • B.GT 標號：比較結果是大於（greater than），執行標號，否則不跳轉
  • B.GE 標號：比較結果是大於等於（greater than or equal to），執行標號，否則不跳轉
  • B.EQ 標號：比較結果是等於，執行標號，否則不跳轉
  • B.HI 標號：比較結果是無符號大於，執行標號，否則不跳轉

三 迴圈

1. do while
void funa(int a)
{
    do{
        a++;
    }while (a<=g);
    /*
 var_4           = -4
 SUB             SP, SP, #0x10
 STR             W0, [SP,#0x10+var_4]  //引數w0入棧 int var_4 = w0;
loc_1000068D4 
 LDR             W8, [SP,#0x10+var_4]  //int w8= var_4;
ADD             W8, W8, #1     //int w8=w8+1;
STR             W8, [SP,#0x10+var_4]  //int var_4 = w8;
 ADRP            X8, #_g@PAGE
ADD             X8, X8, #_g@PAGEOFF  // *x8 = g
 LDR             W9, [SP,#0x10+var_4]  //int w9= var_4;
LDR             W10, [X8]  //w10=*x8;
CMP             W9, W10  
 B.LE            loc_1000068D4 // if(w9 <=w10)返回去執行loc_1000068D4
ADD             SP, SP, #0x10 //棧平衡
 RET
     */
    
}
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  • main的彙編中由MOV W8, #1 ;MOV X0, X8 ; BL _funa可以看出funa的引數為int x0=1。
  • 先執行loc_1000068D4，再判斷CMP和 B.LE，符合條件就再回去執行loc_1000068D4，由此可以得出為do while迴圈
2. while
void funb(int b){
    while (b<g) {
        b++;
    }
    /*
 var_4           = -4
 SUB             SP, SP, #0x10
STR             W0, [SP,#0x10+var_4]
 loc_1000068D0                           
 ADRP            X8, #_g@PAGE
 ADD             X8, X8, #_g@PAGEOFF
 LDR             W9, [SP,#0x10+var_4]
 LDR             W10, [X8]
 CMP             W9, W10
B.GE            loc_1000068F8
 LDR             W8, [SP,#0x10+var_4]
ADD             W8, W8, #1
 STR             W8, [SP,#0x10+var_4]
B               loc_1000068D0
 ---------------------------------------------------------------------------
 loc_1000068F8                      
 ADD             SP, SP, #0x10
RET
     */
}
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  • 大於等於的時候執行loc_1000068F8 恢復棧平衡，然後RET，當不符合條件小於的時候執行loc_1000068D0，然後迴圈。可以判斷出是while(<){...}
3. for迴圈
void func(int a){
    int sum = 0;
    for (int i=0;i<a; i++) {
        sum +=i;
    }
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    func(3);
    return 0;
}
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func的彙編程式碼是：

 var_C           = -0xC
 var_8           = -8
 var_4           = -4

SUB             SP, SP, #0x10
STR             W0, [SP,#0x10+var_4]
STR             WZR, [SP,#0x10+var_8]
 STR             WZR, [SP,#0x10+var_C]

 loc_1000068C8                          
LDR             W8, [SP,#0x10+var_C]
 LDR             W9, [SP,#0x10+var_4]
CMP             W8, W9
 B.GE            loc_1000068F8
 LDR             W8, [SP,#0x10+var_C]
LDR             W9, [SP,#0x10+var_8]
ADD             W8, W9, W8
STR             W8, [SP,#0x10+var_8]
LDR             W8, [SP,#0x10+var_C]
ADD             W8, W8, #1
STR             W8, [SP,#0x10+var_C]
B               loc_1000068C8
 ---------------------------------------------------------------------------

 loc_1000068F8                          
ADD             SP, SP, #0x10
RET
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  • for迴圈和while的彙編程式碼基本是一樣的，for和while的效率是一樣的

四 Swicth

1. case選擇條件連續且分支小於等於3時

程式碼如下:


void funA(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("1");
            break;
        case 2:
            printf("2");
            break;
        case 3:
            printf("3");
            break;
        default:
            printf("default");
            break;
    }
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    funA(2);
    return 0;
}
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xcode動態彙編分析如下：

iOS 彙編基礎（三）還原高階程式碼之迴圈和判斷

  • 首先引數-1，最小的分支，看等不等於，等於就列印，然後結束函式；如果不等於就繼續引數-2，減去第二個分支，看等不等於，以此類推，直到函式結束。
  • 相當於if-else直到函式結束
2. case選擇條件連續且分支大於3時

程式碼如下:

void funA(int a){
    switch (a) {
        case 1:
            printf("1");
            break;
        case 2:
            printf("2");
            break;
        case 3:
            printf("3");
            break;
        case 4:
            printf("4");
            break;
        default:
            printf("default");
            break;
    }
}
複製程式碼

1.png

  • 先減去最大值，判斷是否是default
  • 再差表，偏移量，在表中查到相應地址，如下:
    2.png
  • 獲取x8地址0x100a2a844 <+44>: adrp x8, 0 x8=x8(0x100a2a844)去掉低12位 ->x8=0x100a2a000，然後0左移3位,x8=0x100a2a00; 0x100a2a848 <+48>: add x8, x8, #0x8c8 ; =0x8c8 x8=0x100a2a000+0x8c8 =0x100a2a8c8
  • ldur x9, [x29, #-0x10] x9=x8,引數為2，那麼x9=1
  • ldrsw x10, [x8, x9, lsl #2] 因為x9, lsl #2x9左移2位得到偏移量=0x100即4個位元組，那麼x10=[x8+4]
  • memory read 0x100a2a8c8得到0x100a2a8c8: 94 ff ff ff a8 ff ff ff bc ff ff ff d0 ff ff ff 那麼x10=0xffffa8，從右往左讀，一個位元組一個位元組的讀，可以把斷點達到ldrsw x10, [x8, x9, lsl #2] 這一行，然後register read x10驗證，驗證得到:x10 = 0xffffffffffffffa8
  • 因為x10為負數，負數演算法：取反加一（0xff-0xa8+1)得到所以add x8, x10, x8x8=x8-0x58= 0x100a2a8c8-0x58= 0x100a2a870
  • 0x100f6e858 <+64>: br x8會跳轉到0x100f6e870 <+88>: adrp x0, 1繼續執行，可以xcode斷點到0x100f6e858 <+64>: br x8這一行，然後單步走一個ni進行驗證；
switch總結：

1、假設switch語句的分支比較少的時候（例如3，少於4的時候沒有意義）沒有必要使用此結構，相當於if。 2、各個分支常量的差值較大的時候，編譯器會在效率還是記憶體進行取捨，這個時候編譯器還是會編譯成類似於if，else的結構。 3、在分支比較多的時候：在編譯的時候會生成一個表（跳轉表每個地址四個位元組）。

五 檢視全域性或者常量

int sum(int a, int b){
    printf("string");
    return a + 3*g;
}
複製程式碼
  • 常量printf("string");找到string
0x100aee7d0 <+20>: adrp   x0, 1
0x100aee7d4 <+24>: add    x0, x0, #0xf18            ; =0xf18 
0x100aee7d8 <+28>: bl     0x100aeebe8               ; symbol stub for: printf
複製程式碼

1、x0=0x100aee7d0去掉低12位 0x=0x100aee000；1左移3位得到0x1000,0x=0x100aef000 2、0x=0x+0xf18即0x=0x100aeff18 3、用p (char*)0x100aeff18檢視得到(char *) $1 = 0x0000000100aeff18 "string"

  • 全域性變數也一樣 ###六 編譯器優化
  • 選擇優化策略：build setting -> optimization level ->debug ->fastest smallest然後編譯
int sum(int a, int b){
    printf("string");
    return a +b;
}
int main(int argc, char * argv[]) {
    int c = sum(1, 2);
    return 0;
}
複製程式碼
 0x10050ab44 <+0>:  stp    x29, x30, [sp, #-0x10]!
    0x10050ab48 <+4>:  mov    x29, sp
    0x10050ab4c <+8>:  adr    x0, #0x13cc               ; "string"
    0x10050ab50 <+12>: nop    
    0x10050ab54 <+16>: bl     0x10050abd0               ; symbol stub for: printf
->  0x10050ab58 <+20>: mov    w0, #0x0
    0x10050ab5c <+24>: ldp    x29, x30, [sp], #0x10
    0x10050ab60 <+28>: ret    
複製程式碼
  • 由於int c的值沒有用到，編譯器直接去掉了垃圾程式碼
int main(int argc, char * argv[]) {
    int c = sum(1, 2);
    NSLog(@"%d",c);
    return 0;
}
複製程式碼

就算用到了int c，編譯器會直接把結果賦給c：

  0x1001e2b10 <+0>:  sub    sp, sp, #0x20             ; =0x20 
    0x1001e2b14 <+4>:  stp    x29, x30, [sp, #0x10]
    0x1001e2b18 <+8>:  add    x29, sp, #0x10            ; =0x10 
    0x1001e2b1c <+12>: adr    x0, #0x13fc               ; "string"
    0x1001e2b20 <+16>: nop    
    0x1001e2b24 <+20>: bl     0x1001e2bc4               ; symbol stub for: printf
->  0x1001e2b28 <+24>: orr    w8, wzr, #0x3
    0x1001e2b2c <+28>: str    x8, [sp]
    0x1001e2b30 <+32>: adr    x0, #0x1508               ; @"%d"
    0x1001e2b34 <+36>: nop    
    0x1001e2b38 <+40>: bl     0x1001e2ba0               ; symbol stub for: NSLog
    0x1001e2b3c <+44>: mov    w0, #0x0
    0x1001e2b40 <+48>: ldp    x29, x30, [sp, #0x10]
    0x1001e2b44 <+52>: add    sp, sp, #0x20             ; =0x20 
    0x1001e2b48 <+56>: ret    

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六 多執行緒之間共用暫存器，會對當前暫存器進行保護，作業系統會對記憶體進行保護，以防止資源搶奪。

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