接触过编程的人都知道，高级语言都能通过变量名来访问内存中的数据。那么这些变量在内存中是如何存放的呢？程序又是如何使用这些变量的呢？下面就会对此进行深入的讨论。下文中的C语言代码如没有特别声明，默认都使用VC编译的release版。
首先，来了解一下 C 语言的变量是如何在内存分部的。C 语言有全局变量(Global)、本地变量(Local)，静态变量(Static)、寄存器变量(Regeister)。每种变量都有不同的分配方式。先来看下面这段代码：
#include
1<stdio.h>
2int g1=0, g2=0, g3=0;
3int main()
4{
5static int s1=0, s2=0, s3=0;
6int v1=0, v2=0, v3=0;
7//打印出各个变量的内存地址
8printf("0x%08x\n",&v1); //打印各本地变量的内存地址
9printf("0x%08x\n",&v2);
10printf("0x%08x\n\n",&v3);
11printf("0x%08x\n",&g1); //打印各全局变量的内存地址
12printf("0x%08x\n",&g2);
13printf("0x%08x\n\n",&g3);
14printf("0x%08x\n",&s1); //打印各静态变量的内存地址
15printf("0x%08x\n",&s2);
16printf("0x%08x\n\n",&s3);
17return 0;
18}
19编译后的执行结果是：
200x0012ff78
210x0012ff7c
220x0012ff80
230x004068d0
240x004068d4
250x004068d8
260x004068dc
270x004068e0
280x004068e4
29输出的结果就是变量的内存地址。其中v1,v2,v3是本地变量，g1,g2,g3是全局变量，s1,s2,s3是静态变量。你可以看到这些变量在内存是连续分布的，但是本地变量和全局变量分配的内存地址差了十万八千里，而全局变量和静态变量分配的内存是连续的。这是因为本地变量和全局/静态变量是分配在不同类型的内存区域中的结果。对于一个进程的内存空间而言，可以在逻辑上分成3个部份：代码区，静态数据区和动态数据区。动态数据区一般就是“堆栈”。“栈(stack)”和“堆(heap)”是两种不同的动态数据区，栈是一种线性结构，堆是一种链式结构。进程的每个线程都有私有的“栈”，所以每个线程虽然代码一样，但本地变量的数据都是互不干扰。一个堆栈可以通过“基地址”和“栈顶”地址来描述。全局变量和静态变量分配在静态数据区，本地变量分配在动态数据区，即堆栈中。程序通过堆栈的基地址和偏移量来访问本地变量。
30
31├———————┤低端内存区域
32│ …… │
33├———————┤
34│ 动态数据区 │
35├———————┤
36│ …… │
37├———————┤
38│ 代码区 │
39├———————┤
40│ 静态数据区 │
41├———————┤
42│ …… │
43├———————┤高端内存区域
44
45堆栈是一个先进后出的数据结构，栈顶地址总是小于等于栈的基地址。我们可以先了解一下函数调用的过程，以便对堆栈在程序中的作用有更深入的了解。不同的语言有不同的函数调用规定，这些因素有参数的压入规则和堆栈的平衡。windows API的调用规则和ANSI C的函数调用规则是不一样的，前者由被调函数调整堆栈，后者由调用者调整堆栈。两者通过“__stdcall”和“__cdecl”前缀区分。先看下面这段代码：
46#include <stdio.h>
47void __stdcall func(int param1,int param2,int param3)
48{
49int var1=param1;
50int var2=param2;
51int var3=param3;
52printf("0x%08x\n",¶m1); //打印出各个变量的内存地址
53printf("0x%08x\n",¶m2);
54printf("0x%08x\n\n",¶m3);
55printf("0x%08x\n",&var1);
56printf("0x%08x\n",&var2);
57printf("0x%08x\n\n",&var3);
58return;
59}
60int main()
61{
62func(1,2,3);
63return 0;
64}
65编译后的执行结果是：
660x0012ff78
670x0012ff7c
680x0012ff80
690x0012ff68
700x0012ff6c
710x0012ff70
72
73├———————┤<—函数执行时的栈顶（ESP）、低端内存区域
74│ …… │
75├———————┤
76│ var 1 │
77├———————┤
78│ var 2 │
79├———————┤
80│ var 3 │
81├———————┤
82│ RET │
83├———————┤<—“__cdecl”函数返回后的栈顶（ESP）
84│ parameter 1 │
85├———————┤
86│ parameter 2 │
87├———————┤
88│ parameter 3 │
89├———————┤<—“__stdcall”函数返回后的栈顶（ESP）
90│ …… │
91├———————┤<—栈底（基地址 EBP）、高端内存区域
92
93上图就是函数调用过程中堆栈的样子了。首先，三个参数以从又到左的次序压入堆栈，先压“param3”，再压“param2”，最后压入“param1”；然后压入函数的返回地址(RET)，接着跳转到函数地址接着执行（这里要补充一点，介绍UNIX下的缓冲溢出原理的文章中都提到在压入RET后，继续压入当前EBP，然后用当前ESP代替EBP。然而，有一篇介绍windows下函数调用的文章中说，在windows下的函数调用也有这一步骤，但根据我的实际调试，并未发现这一步，这还可以从param3和var1之间只有4字节的间隙这点看出来）；第三步，将栈顶(ESP)减去一个数，为本地变量分配内存空间，上例中是减去12字节(ESP=ESP-3*4，每个int变量占用4个字节)；接着就初始化本地变量的内存空间。由于“__stdcall”调用由被调函数调整堆栈，所以在函数返回前要恢复堆栈，先回收本地变量占用的内存(ESP=ESP+3*4)，然后取出返回地址，填入EIP寄存器，回收先前压入参数占用的内存(ESP=ESP+3*4)，继续执行调用者的代码。参见下列汇编代码：
94;--------------func 函数的汇编代码-------------------
95:00401000 83EC0C sub esp, 0000000C //创建本地变量的内存空间
96:00401003 8B442410 mov eax, dword ptr [esp+10]
97:00401007 8B4C2414 mov ecx, dword ptr [esp+14]
98:0040100B 8B542418 mov edx, dword ptr [esp+18]
99:0040100F 89442400 mov dword ptr [esp], eax
100:00401013 8D442410 lea eax, dword ptr [esp+10]
101:00401017 894C2404 mov dword ptr [esp+04], ecx
102……………………（省略若干代码）
103:00401075 83C43C add esp, 0000003C ;恢复堆栈，回收本地变量的内存空间
104:00401078 C3 ret 000C ;函数返回，恢复参数占用的内存空间
105;如果是“__cdecl”的话，这里是“ret”，堆栈将由调用者恢复
106;-------------------函数结束-------------------------
107
108;--------------主程序调用func函数的代码--------------
109:00401080 6A03 push 00000003 //压入参数param3
110:00401082 6A02 push 00000002 //压入参数param2
111:00401084 6A01 push 00000001 //压入参数param1
112:00401086 E875FFFFFF call 00401000 //调用func函数
113;如果是“__cdecl”的话，将在这里恢复堆栈，“add esp, 0000000C”
114聪明的读者看到这里，差不多就明白缓冲溢出的原理了。先来看下面的代码：
115#include <stdio.h>
116#include <string.h>
117void __stdcall func()
118{
119char lpBuff[8]="\0";
120strcat(lpBuff,"AAAAAAAAAAA");
121return;
122}
123int main()
124{
125func();
126return 0;
127}
128编译后执行一下回怎么样？哈，“"0x00414141"指令引用的"0x00000000"内存。该内存不能为"read"。”，“非法操作”喽！"41"就是"A"的16进制的ASCII码了，那明显就是strcat这句出的问题了。"lpBuff"的大小只有8字节，算进结尾的’\0’，那strcat最多只能写入7个"A"，但程序实际写入了11个"A"外加1个’\0’。再来看看上面那幅图，多出来的4个字节正好覆盖了RET的所在的内存空间，导致函数返回到一个错误的内存地址，执行了错误的指令。如果能精心构造这个字符串，使它分成三部分，前一部份仅仅是填充的无意义数据以达到溢出的目的，接着是一个覆盖RET的数据，紧接着是一段shellcode，那只要着个RET地址能指向这段shellcode的第一个指令，那函数返回时就能执行shellcode了。但是软件的不同版本和不同的运行环境都可能影响这段shellcode在内存中的位置，那么要构造这个RET是十分困难的。一般都在RET和shellcode之间填充大量的NOP指令，使得exploit有更强的通用性。
129
130├———————┤<—低端内存区域
131│ …… │
132├———————┤<—由exploit填入数据的开始
133│ │
134│ buffer │<—填入无用的数据
135│ │
136├———————┤
137│ RET │<—指向shellcode，或NOP指令的范围
138├———————┤
139│ NOP │
140│ …… │<—填入的NOP指令，是RET可指向的范围
141│ NOP │
142├———————┤
143│ │
144│ shellcode │
145│ │
146├———————┤<—由exploit填入数据的结束
147│ …… │
148├———————┤<—高端内存区域
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