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逆向随笔 - switch 语句深入分析

2018-02-22 09:47 190 查看

switch case 语句在c语言里还是比較简单的，可是被编译出来之后，优化结果往往让人非常疑惑，全然看不懂，以下我们一次次的尝试，看看编译器究竟把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：

第三行開始。取值到eax中

eax -= 10 ( 0xA )

if ( eax == 0 ) // 假设 eax - 10 == 0，直接能够得出结论 eax == 10

je 0x002C103E

else

{

eax--;

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

je 0x002C1026

else

default

}

仅仅有少数分支且case的值连续的时候，会用被推断的值 - 最小值。然后 dec 减1，je 推断

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：

我们能够看到，直接就是cmp , je。类似于 if else 结构

仅仅有少数分支，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：

依然是第三行開始，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比較？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）。事实上就是一个地址数组

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，假设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 相应地址，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？大家能够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 ，这个时候我们也仅仅case了4个值。可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，是不是非常机智。

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，我们数据窗体中看一下，如图选中内容，这就是小表。每一个元素仅仅占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？由于大表占四个字节，当差距比較大时。生成的大表自然也会变得非常大。这个时候使用小表，能够更加节约内存。

⑥ 当分支数量大于3个且部分不连续的时候（差值很大）

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？这种话。小表就非常大了，所以，又进行了改变，连续的部分依旧使用第一种方法，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。我们发现情况还是非常多的。可能不同的编译器不一样的优化，搞清楚原理，才干真正游刃有余。

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