【编译器】栈帧(Stack Frame)

栈帧(Stack Frame)是栈上的内存片段，用来实现函数调用。其主要作用有：为局部变量和临时变量分配空间，传递参数，保存返回地址。

每个函数在栈上拥有独立的帧，这些帧是在函数调用时分配的。在任一时刻，寄存器ebp(帧指针)都指向帧的起始处，寄存器esp(栈指针)指向帧的结尾处，它们之间的部分是当前函数的栈帧。我们可以这样认为，ebp是局部的，作用于当前帧，而esp是全局的，作用于整个栈。

 ------------   栈底
|     .      |
|     .      |
|     .      |
 ------------
| 上一帧的ebp |  由被调用函数保存上一帧的ebp
|被保存的寄存器|
|  局部变量   |
|  临时变量   |
|     .      |  未分配区域
|     .      |
|     .      |
|   参数n    |  注意参数的压栈顺序(从右向左)
|  参数n-1   |
|     .      |
|     .      |
|     .      |
|   参数1    |
|  返回地址   |  由调用者保存返回地址
 ------------
| 上一帧的ebp |  <-ebp的值
|     .      |
|     .      |
|     .      |  <-esp的值
 ------------   栈顶

假设函数P(caller)调用函数Q(callee)，一般来说在P中会执行如下操作：

1. push %ebp; move %esp, %ebp; 保存上一帧的ebp，以便恢复，并将ebp指向帧头
2. sub $NUM, %esp; 为局部变量和临时变量分配空间，其中NUM为字节数，在编译时已经确定
3. 将参数从右到左依次压栈
4. 将返回地址压栈
5. 跳转到函数Q的第一条语句
6. 将返回值(如果有)保存在eax中
7. 释放空间，恢复信息(如ebp)
8. 弹出返回地址并返回
   

举个例子：

int caller(int m, int n)
{
	return m + n + callee(m, n);
}

int callee(int x, int y)
{
	return x + y;
}

由gcc编译之后的汇编代码如下：

caller:
	pushl	%ebp		//将上一帧的帧指针压栈
	movl	%esp, %ebp	//令ebp指向帧头
	pushl	%ebx
	subl	$20, %esp	//为何要分配20个字节
	movl	12(%ebp), %eax	//获取参数n
	movl	8(%ebp), %edx	//获取参数m
	leal	(%edx,%eax), %ebx	//leal指令，相当于ebx = edx + eax = m + n
	movl	12(%ebp), %eax
	movl	%eax, 4(%esp)	//参数n压栈，注意n先于m压栈
	movl	8(%ebp), %eax
	movl	%eax, (%esp)	//参数m压栈
	call	callee		//返回地址压栈，并跳转到callee
	leal	(%ebx,%eax), %eax	//此时ebx的值为m+n，eax(前者)的值为callee的返回值
	addl	$20, %esp	//释放空间
	popl	%ebx	//恢复信息
	popl	%ebp
	ret		//弹出返回地址并返回

callee:
	pushl	%ebp
	movl	%esp, %ebp
	movl	12(%ebp), %eax
	movl	8(%ebp), %edx
	leal	(%edx,%eax), %eax
	popl	%ebp
	ret

注意到一个细节，为了保存参数m和n，caller函数在栈上分配了20个字节，但实际只需要8个字节，这是什么原因呢？
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| ebp |
| ebx |
|  .  |
|  .  |
|  .  |
|  n  |
|  m  |
| ra  |
 -----
这是因为在IA32架构中，栈帧的大小总是16的倍数。通过研究栈帧的内容，可以发现寄存器ebp、ebx再加上返回地址ra总共是12个字节，因此栈帧的总大小为32。