C语言的函数栈帧（动画展示详细过程）

前言：本篇内容通过一段简单的C语言代码带大家认识函数调用在内存中的过程。无论你是学习Java，C，C#，C++还是其他的语言，相信本篇文章都会对大家对函数调用这一过程有新的认知。

一段简单的函数调用代码

#include <stdio.h>

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

	int c = Add(a, b);
	return 0;
}

以上的代码就是一个简单的调用Add函数的过程，我们都知道函数的调用是在内存中的栈区上开辟空间的，那么我们通过动画的方式来为大家简单的演示一下这个过程
首先为mian函数开辟空间
创建a变量
创建b变量
为Add函数开辟空间
创建x变量
创建y变量
返回x+y的结果并将函数的返回值赋值给c

Add函数在调用完成之后空间就会被销毁
但是函数调用的过程其实远不如那么简单。

通过反汇编来观察

想用观察函数调用的细节，我们就不得不通过反汇编代码来进一步了解其中的过程了（建议使用低版本的VS进行观察，版本越高细节可能就会越少，不利与观察）
1.F10
2.鼠标右击，转到反汇编（记得把显示符号名关闭，利于之后的观察）


关于什么是反汇编，我们在这里不做过多的挖掘，本章的重点是通过反汇编来观察函数栈帧的过程。
我们可以看到，反汇编代码相比于我们平常看到的代码，多了很多指令，列如图中的push,mov,lea，，等等。大家不用担心，接下来我们会逐语句的进行解释。
我们先来看main函数于a之间的这一段指令动作。

在正式介绍之前，我们先来了解一下图中的基本含义

左边被红色圈住的是指令的动作，比如push是压栈的意思，sub是减的意思，，，
右边被蓝色圈住的是各个指令寄存器的名称。

这一段指令的目的就是为我们的main函数开辟空间的。讲到这里我们就先来介绍一下两个重要的指令寄存器ebp, esp。
ebp和esp是维护我们函数空间的两个重要的指令，这个两个指令里存放的是地址，ebp又被称为栈底指针，esp又被称为栈顶指针（栈顶发生改变时，esp就会发生移动），也就是说我们每一次在栈区中为函数开辟空间的时候，就需要ebp和esp。如下图：

那么我们现在来看第一条指令 push ebp
我们首先要明白一点，main函数也是被其他函数调用的，那么在我们还未调用main函数的时候，这两个指针是在维护其他的函数的，当我们写下main函数之后，第一步就是将ebp的值push在调用main函数的函数的栈顶
然后mov ebp,esp，就是把esp的值赋值给ebp，那么ebp就指向了原本esp的位置，esp指向新的栈顶位置。如下图：

随后sub esp,0E4h,意思就是esp减去0E4h(这是个八进制值，由系统分配)，这一步就是为main函数开辟的空间，esp减去一个值之后，就会向上发生移动（我们是由高地址向低地址）移动的大小就是0E4h。
再之后就三步相同的操作
push ebx
push esi
push edi
就是在main函数的栈顶位置，压上ebx,esi,edi这三个值。
之后的lea edi,[ebp-24h]意思就是将[ebp-24h]这个值加载到edi中去，那么[ebp-24h]是什么呢？还记得我们刚才的sub esp,0E4h吗，24h显然是小于0E4h的，那么我们就可以知道lea edi,[ebp-24h]就是将main函数中的一小段空间的地址放到了edi中去，大小就是24h。下图解释：

其中红色的区域就是main的空间
接下来的三段指令我放在一起解释，更有利于大家理解一些

mov ecx,9
mov eax,0CCCCCCCCh
rep stos dword ptr es:[edi]
首先将9赋值给ecx，将0CCCCCCCCh 赋值给eax，然后重要的一步就是将ecx大小的空间初始化为0CCCCCCCCh 这个值，这就是上述第三条指令的操作，我们通过监视内存窗口来观察这一步骤。
可以看到图中这九处的位置被改写成了0CCCCCCCCh！
到此我们就已经完成了对main函数空间的开辟。值得一提的是，我这里使用的是vs2019，如果使用更早版本的编译器的话（例如2013），main函数的所有空间都是会被初始化为0CCCCCCCCh的。大家感兴趣的话可以去尝试一下，但是不建议大家使用高版本的编译器，因为高版本的编译器对这一过程封装的更为严密，不利于大家观察很多的细节部分。
之后的cmp ebp,esp这条指令我们不必关心。

这个就要说一下了，call指令的意思是保存一个跳转指令的地址，这个跳转指令会带我们找到调用目前函数的地址。我们按F11即可观察。

那么如果我们在main函数当中调用其他函数时，call记录的地址就是当前main函数的地址，当被调用的函数结束调用时，就会用过这个跳转指令回到main函数。
在后面我们会在介绍这一过程，到时就会明白很多。

那么接下来就是正式开始解析我们的第一条C语言代码了。

这条指令就是在刚才开辟的main函数的空间内找到一个位置（即[ebp-8]），并将0Ah(十进制10)赋值给该位置，下面的b也是如此操作的。我们通过监视内存窗口来看一下这两个过程。

那么接下来就是调用Add函数了，调用Add函数第一步就是要进行函数的传参。

我们来逐个解释一下这几条指令的动作。
首先是将[ebp-14h]的值，也就是b的值（20）赋给eax，然后将eax压栈
再将[ebp-8]的值，也就是a的值(10)赋给ecx，并将ecx压栈。

之后我们按F11进入到Add含糊的内部去看，发现前面的一部分和我们在开创main函数的时候是一样的，这里就不再解释了。
我们来着重的来看一下紫色区域的代码

第一条是指令是mov，意思就是，将【ebp+8】的值存放在eax寄存器中，第二条就是将【ebp+0Ch】的值加到eax寄存器中。那么我们来解释一下，为什么操作的是【ebp+8】和【ebp+0Ch】
我们看图，此时我们的Add函数已经开辟好一定的空间

我们在前面知道ecx中存放的是a的值（地址是【ebp-8】），那么当我们ebp+8的时候就会找到ecx，再进行减12（12的十六进制是0Ch）的时候就找到了eax，所以这俩步之后eax中存放的值就是30了。
那么接下来就是释放函数Add的空间了，大家看到这里我相信，这一过程已经对大家来说很容易了。

前面的pop指令就是释放掉对应得指令寄存器，没什么好说的，当栈顶发生改变时，我们的esp也会随之改变，这一点大家应该没用忘记吧！
然后的
add esp,0C0h
cmp ebp,esp
cmp的功能相当于减法指令，只是对操作数之间运算比较，不保存结果。cmp指令执行后，将对标志寄存器产生影响。其他相关指令通过识别这些被影响的标志寄存器位来得知比较结果。
这一部分我们不过多的进行挖掘，会牵扯到汇编指令的内容，在这里我们只要知道这一功能就ok了。
然后接下来的动作就很简单了，通过esp和ebp来释放掉Add的空间，并通过之前call记录的jmp指令跳转（ret的动作）到main的下一条c语句。

回到main函数之后就是将eax寄存器中的值放到c变量中去。

接下来main函数的释放（当程序结束时）也是如此的一个过程！！！！

总结

我们发现原来函数的调用是有那么多的细节的！是不是对C语言的开发者们感到敬佩！！
我们都是踩在“巨人肩膀上的”人。
所以我们在学习函数的时候，常常会说到一句话，形参是实参的一份临时拷贝，改变形参时不会改变实参的值（除非传地址）。函数在调用完成之后为什么空间释放掉了也会返回结果的值（要返回的值在exa寄存器）。
最后送大家一句话“低头赶路，敬事如仪”