堆栈 堆栈是一个在计算机科学中经常使用的抽象数据类型。堆栈中的物体具有一个特性: 最后一个放入堆栈中的物体总是被最先拿出来， 这个特性通常称为后进先处(LIFO)队列. 堆栈中定义了一些操作. 两个最重要的是PUSH和POP。 PUSH操作在堆栈的顶部加入一 个元素。POP操作相反， 在堆栈顶部移去一个元素， 并将堆栈的大小减一。

为什么使用堆栈?

堆栈区域

堆栈溢出

为什么使用堆栈?

现代计算机被设计成能够理解人们头脑中的高级语言。 在使用高级语言构造程序时 最重要的技术是过程(procedure)和函数(function)。 从这一点来看， 一个过程调用可 以象跳转(jump)命令那样改变程序的控制流程， 但是与跳转不同的是， 当工作完成时， 函数把控制权返回给调用之后的语句或指令。 这种高级抽象实现起来要靠堆栈的帮助。 堆栈也用于给函数中使用的局部变量动态分配空间， 同样给函数传递参数和函数返 回值也要用到堆栈。

堆栈区域

堆栈是一块保存数据的连续内存。 一个名为堆栈指针(SP)的寄存器指向堆栈的顶部。 堆栈的底部在一个固定的地址。 堆栈的大小在运行时由内核动态地调整。 CPU实现指令 PUSH和POP， 向堆栈中添加元素和从中移去元素。 堆栈由逻辑堆栈帧组成。 当调用函数时逻辑堆栈帧被压入栈中， 当函数返回时逻辑 堆栈帧被从栈中弹出。 堆栈帧包括函数的参数， 函数地局部变量， 以及恢复前一个堆栈 帧所需要的数据， 其中包括在函数调用时指令指针(IP)的值。 堆栈既可以向下增长(向内存低地址)也可以向上增长， 这依赖于具体的实现。 在我 们的例子中， 堆栈是向下增长的。 这是很多计算机的实现方式， 包括Intel， Motorola， SPARC和MIPS处理器。 堆栈指针(SP)也是依赖于具体实现的。 它可以指向堆栈的最后地址， 或者指向堆栈之后的下一个空闲可用地址。 在我们的讨论当中， SP指向堆栈的最后地址。 除了堆栈指针(SP指向堆栈顶部的的低地址)之外， 为了使用方便还有指向帧内固定 地址的指针叫做帧指针(FP)。 有些文章把它叫做局部基指针(LB-local base pointer)。 从理论上来说， 局部变量可以用SP加偏移量来引用。 然而， 当有字被压栈和出栈后， 这 些偏移量就变了。 尽管在某些情况下编译器能够跟踪栈中的字操作， 由此可以修正偏移 量， 但是在某些情况下不能。 而且在所有情况下， 要引入可观的管理开销。 而且在有些 机器上， 比如Intel处理器， 由SP加偏移量访问一个变量需要多条指令才能实现。 因此， 许多编译器使用第二个寄存器， FP， 对于局部变量和函数参数都可以引用， 因为它们到FP的距离不会受到PUSH和POP操作的影响。 在Intel CPU中， BP(EBP)用于这 个目的。 在Motorola CPU中， 除了A7(堆栈指针SP)之外的任何地址寄存器都可以做FP。 考虑到我们堆栈的增长方向， 从FP的位置开始计算， 函数参数的偏移量是正值， 而局部 变量的偏移量是负值。 当一个例程被调用时所必须做的第一件事是保存前一个FP(这样当例程退出时就可以 恢复)。 然后它把SP复制到FP， 创建新的FP， 把SP向前移动为局部变量保留空间。 这称为 例程的序幕(prolog)工作。 当例程退出时， 堆栈必须被清除干净， 这称为例程的收尾 (epilog)工作。 Intel的ENTER和LEAVE指令， Motorola的LINK和UNLINK指令， 都可以用于 有效地序幕和收尾工作。

堆栈溢出

堆栈溢出就是不顾堆栈中分配的局部数据块大小，向该数据块写入了过多的数据，导致数据越界，结果覆盖了老的堆栈数据。 或者解释为 在长字符串中嵌入一段代码，并将过程的返回地址覆盖为这段代码的地址，这样当过程返回时，程序就转而开始执行这段自编的代码了。

比如如下这段程序：

#include<stdio.h>

int main()

{

char name[8];

printf("Please type your name:");

gets(name);

printf("Hello.%s!",name);

return 0;

}

编译并且执行，输入ipxodiAAAAAAAAAAAAAAAA，执行完gets(name)之后，堆栈如下：

内存底部 内存顶部

name EBP ret

<-------[ipxodiAA][AAAA][AAAA]............

^&name

堆栈顶部 堆栈顶部

由于我们输入的name字符串太长，name数组容纳不下，只好向内存顶部继续写'A'。由于堆栈的生长方向与内存的生长方向相反，这些'A’覆盖了堆栈的老的元素。'EBP ret’都被'A'覆盖了。在main返回的时候，就会把'AAAA'的ASCII码：0x41414141作为返回地址，CPU会试图执行0x41414141处的指令，结果出现错误。这就是一次堆栈溢出!