【C语言】函数栈帧的创建与销毁

陈亦康

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原创 2022-07-02 11:53:01 756 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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大家在学C的时候是否有过这些疑问？

1.局部变量是如何创建的？

2.为什么局部变量不初始化内容是随机的？

3.函数调用时参数时如何传递的？

4.传参的顺序是怎样的？

5.函数的形参和实参分别是怎样实例化的？

6.函数的返回值是如何带会的？

想要了解函数栈帧，就要先了解这些问题，想要了解这些问题就要了解寄存器...

是不是感觉一环套一环啊？

直接上干货~

先要了解这两个寄存器

1.ebp 2.esp

这两个寄存器中存放的是地址，这两个地址是用来维护函数栈帧，（注意：不同版本的编译器，之间略有差异）

他是怎么来维护的呢？

每一个函数调用，都要在栈区上开辟空间

我们来看代码，分析其过程

int Add(int x, int y)
{
	int z = 0;
	z = x + y;
	return z;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int c = 0;

	c = Add(a, b);

	printf("%d\n", c);

	return 0;
}

一下就是main函数在栈区上开辟的空间、

这块空间就被称为栈帧

那么这块空间是怎么被维护的呢？

就是由ebp和esp维护起来的

什么意思呢？

就是说在我当前去调用这个main函数的时候，这时候就会为main函数分配空间，而这块空间就由这个esp和ebp来维护，正在调用哪个函数，哪个函数就由esp和sbp来维护

如上代码

如果调用Add函数，ebp和esp就会去维护他的栈帧

esp叫栈顶指针（存放被维护空间的栈帧顶部地址）

ebp是栈底指针

栈区是由高地址向低地址处使用空间

这是要明白的基本前提~

如果像在编译器上看到现象的话，可以去打开调用堆栈

（这里作者用的VS2022）

这里其实可以看到main函数被调用了，可困惑的是，他被谁调用了呢？

继续往下走可以看到是mainCRTStartup等函数逐个调用

在主函数里的return 0可以看看出，他的返回值交给了__scrt_common_main——seh这个函数（转到反汇编里依然可以看到）

也就是说，其实main也是被其他函数调用的，并且将返回值交给调用main函数的函数

那么在main函数被调用之前，也会为调用main函数的函数在栈区上开辟一块空间

如下图红色框框：

如果在进入Add函数的时候，栈上也会开辟一块空间给他，这就是Add函数的栈帧

如下图蓝色框：

这就是大致逻辑，具体是什么样呢？

咱们深入剖析（这里由于新版本编译器如VS2022 不能更好的反应其内部情况，这里用VS2010）

这回进入汇编代码，来一探究竟

为了更好的观察内存布局（地址），可以去掉显示符号名

刚刚我们看到在进入main函数之前也会调用到其他函数，那么此时，esp和edp维护的空间就是他

这副图的前提是，下面是高地址，上面是低地址，因为栈区内存的使用原则是高地址向低地址，所以一会向上使用空间

接下来看会汇编代码

这里有个 push ebp ，push的意思就是压栈，也就是说，把ebp的地址压入到栈区中

如下图蓝色框

因为esp是维护栈顶的所以此时esp的位置也会发生变化

上面是低地址，所以此时esp的地址会变小

下来看mov

这条指令的意思是把esp的值赋给ebp

此时，ebp将不再指向原来的位置，而是和esp指向同一位置,如下图

下来看sub

sub是减的意思，就是给esp减上一个0E4h的值，这个值是一个8进制数字

那么，esp的地址将会减少，也就是说，他会指向上方和原来位置相差0E4h距离的位置

其实这个时候，esp,ebp已经不再维护原来调用main函数的函数的空间，他有了新的维护空间，这块空间实际上就是main函数的栈帧

接下来又遇到了3个push

也就是压栈压了三个值ebx,esi,edi，同时，esp作为栈顶维护空间，也会变化，移向栈顶

继续往下分析

这里有个lea,实际上他是这几个单词的缩写load effecitive address(加载有效地址)

显示符号名可以看到

这里ebp - 0E4h，相当于给ebp减去了0E4h这么多的地址，就和之前的sub一样

然后再将地址赋给edi

此时，ebp 就指向了紫色箭头的位置

接下里看这三步

两个mov ，第一个是把39h这个值赋给ecx,第二个是把0CCCCCCCCh这个值赋给eax

但其实真正产生效果的是下面这个地方

他是干甚的呢?

他其实是把从edi开始向下39h(ecx)的空间全部赋值成eax，也就是赋值成0CCCCCCCCh这个值

word表示2个字节,dword表示双字节，也就是四个字节,每次向下将修改4个字节的内容

向下执行可以看见数据已被修改

也就是这个样子

这时，其实才完成了main函数栈帧的开辟

接下来才是真正实现有效代码

int a = 10;转化成汇编代码就是他下面这段代码

意思就是将0Ah这个值放到ebp-8的这个位置的地址处去

以上就是a 的实际位置

不知道大家以前有没有用printf这个函数打印出“ 烫烫烫 ”实际上就是打印的cccccccc也就是随机值。

小端这里显示放入a变量如下图

接下来就是把b放入内存中了

这里就是把14h这个值放入到ebp - 14h这个地址处

至于他为什么存放在这个位置，这都取决于编译器

接着存放c变量

就是把0这个值放在ebp - 20h这个地址处

这时候abc这三个变量是如何创建想必心里因该有谱了

所以局部变量是如何创建的呢？

就是在栈上为函数开辟一块空间，也就是这个函数的栈帧，然后继续在这个函数的栈帧内部找空间开辟，来存放局部变量

当main函数创建好了以后，就因该调用Add函数了

第一段代码，mov作用是把ebp-14h地址(这里的[ ]表示地址)指向的值放到eax里面去，还记得eax是什么吗？

eax实际上就是b啊，显然这里在实现传参

然后push,这里就是压栈，将eax压入栈顶

同时这里esp也会发生变化

下一步mov是把ebp-8这个位置处的地址指向的内容放到ecx里面去，ebp-8实际上指向的就是a,

那么现在ecx里面的值就是10

下一步

继续push，把ecx压入栈顶

这些个过程实际上就是函数传参的过程

下一步call指令实际上就是在调用

看一下红色框框起来的call指令的地址

并且可以看到a值地址的上方

值变成了00C21450，实际上就是call指令的下一条指令的地址，将他压栈

为什么要这么做呢？

其实走到call指令的时候，程序的执行就已经进入到了Add函数里面，可Add函数执行完了因该怎么回到main函数继续执行呢，这里的00c21450实际上就记住了Add执行完下一步的地址，帮助找回main函数下一步执行的程序

此时，来到Add函数的内部

有没有发现，int z = 0;以上的内容和main函数初始化的内容是一样的，实际上这里就是为Add函数创建栈帧

接下来创建z

将0这个值放到ebp-8指向的那块空间

下来执行计算：

这里有人可能就疑惑了，这x,y在哪创建的啊，这怎么执行计算啊？

别急，继续往下看

mov，将ebp+8指向的值放到eax里面去

ebp+8实际上就是指向a 的值：10

add，给eax处的值加上ebp+0Ch指向的值,ebp+0Ch指向的就是b的值：20

mov，将eax的值放入到ebp-8指向的空间,ebp-8就是z啊

仔细回想一下刚刚的过程，我们完成这一系列的过程，在进入Add函数以后，真的有去创建x ,y吗?

并没有，再执行z = x + y;这条指令的时候，是怎么找到x,y的值的？就是通过ebp+上一个值，找到在还没有调用Add函数之前就已经压栈压进去的ecx和eax，并且不难发现Add(a,b)传参的时候是从右向左依此压栈，先传b，再传a，归根结底这里就是对原来main函数里面的实参a,b进行的一份临时拷贝并压入栈中