函数的栈帧

news2024/10/6 4:14:10

我们每次在调用函数的时候，都说会进行传参。每次创建函数，或者进行递归的时候，也会说会进行压栈。

那么，今天我们就来具体看看函数到底是如何进行压栈，传参的操作。

什么是栈？

首先我们要知道，我们将内存一般划分为三个区域：

静态区
堆区
栈区

我们平时创建的临时变量，函数都会在栈区中占据空间：

此时我们也要知道栈区的使用规则：从高地址向低地址使用

栈的使用规则：

我们知道抢的弹夹，我们要逐个把子弹往里面压，之后如果取出子弹，就需要将上一次压入的子弹取出，之后逐个取出子弹，并只能按照顺序取出。

栈就是这样的使用规则，遵循先进后出，后进先出。此时你会想，不能把任意的数据取出，必须一个一个拿，这种结构真的好用吗？

起初我也这样认为，但是计算机就喜欢用这种结构。

在内存中，栈区的使用规则是从高地址向低地址使用的。

函数的栈帧：

C语言中，我们要想观察函数栈帧就需要用到调试。当我们调试时所在的函数（此时函数未运行完），每个栈帧对应着一个未运行完的函数。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量。

因为我们知道，只要运行函数就会进行压栈操作，所以分析出一下信息：

栈帧是一块因函数运行而创建的的临时空间。
每调用一次函数都会创建一个独立的函数栈帧。
栈帧中存放着函数重要信息，如局部变量，函数返回地址，函数参数等。
当函数运行完毕后栈帧会销毁。

既然会创建函数栈帧，那么就会维护其空间，计算机使用寄存器维护空间。

什么是寄存器？

这里牵扯很多内容，我们只给出笼统解释：寄存器是集成到CPU上的，是独立的，寄存器可以暂存指令，地址和数据。所以寄存器也可以理解为指针。

我们会使用很多寄存器，要理解清楚函数栈帧，就必须理解ebp和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的。我们详细来讲esp和ebp两个寄存器。其余寄存器混个脸熟即可，一会会用到。

esp寄存器：

维护栈顶，始终指向栈顶（此时esp寄存器存储栈顶地址）。

ebp寄存器：

维护当前函数栈帧的栈低（此时ebp寄存器存储函数栈帧栈低地址）。

几个必要的汇编指令：

我们观察函数栈帧的创建和销毁，就要知道几个汇编指令，这样可以更好的阅读以下内容。

记不住没关系，我们一下会一一讲解。

图解：

这里我们使用VS2013来观察，由于VS2022太过高级，有些内部细节就会看不到，所以用VS2013来观察。此时我们执行以下代码：

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;
}

esp和ebp就是维护当前调用的函数。

点击F10开始调试。接下来我们看main函数被谁调用了，我们进入main函数，并直接执行完。

在VS2013中，main函数也是被其他函数调用的。没想到main函数也是被调用的函数，也理解了为什么每次都要有返回值。

mainCRTStartup函数调用 __tmainCRTStartup函数，__tmainCRTStartup函数调用main函数。

之后我们按住F10，之后右击鼠标找到“转到反编汇”，就可以找到C语言所对应的汇编代码，箭头的指向就可以一行一行的执行，我们来逐过程分析：

push ebp，将ebp压入栈区。因为esp维护栈顶，所以esp指向改变。我们可以观察其存放地址的改变。

之后执行move，move是把后面的值赋到前面去。

此时ebp和esp指向的位置相同。

之后，就要创建函数的栈帧了，执行sub，就是将其寄存器存放地址减去一个地址，因为栈区是高地址到底地址，所以该地址向上。

此时esp维护main函数的栈顶，ebp维护main函数的栈低。我们可以看内存：

这些内存都是为main函数开辟的空间。

之后有执行了3次push，push时会有一个动作，就是栈顶指针esp会变，一直指向栈顶。

我们通过内存窗口来观察：因为我们说过，寄存器既可以存地址，也可以存数据，此时ebx存的是数据（就是内存里面的内容），而esp存放的是ebx的地址。压入ebx以后，继续将esi、edi压入。

之后执行lea : load effective address 加载有效地址。此时会发现，正好是加载的空间正好是最开始esp减去的空间，就是main函数栈帧的低地址。

之后执行的命令，我们就需要先讲解一下了。

我们应该听过字节的概念，1字节等于8比特位，那么字和字节又什么关系？一个字等于两个字节。

比特记为bit，字节记为Byte，字记为word，所以有如下关系：

1Byte=8bits
1word=2Bytes=16bits
dword：一个word是两个字节，d代表double，就是双字，就是4个字节。

此时我们要看其以下的三个步骤：

此时edi里面存放main函数栈帧的低地址。

这样就可以理解为什么每次打印未初始化的空间，打印出来的字符都是一个汉字“烫烫烫烫”了。

此时才会开始执行有效的代码。在此之前都是为main函数开辟的空间。

此时就要调用Add函数了，一样的，我们要改变ebp和esp的指向，因为进入Add函数就需要维护Add函数栈帧了，但是还是要做以下准备，就是传参，我们来看形式参数的创建。

这两个动作相当于传参，之后执行call，就是调用函数，要记住call的地址，此时点击F11才能进入Add函数。

我们可以发现就在ecx的下一个地址里面存储了call指令下一个执行的地址。为什么要记录地址？我们先埋个伏笔，此时我们会先进入Add函数，流程如下：

注意此时main函数的函数栈帧已经增长到call指令的下一个地址了。此时我们来观察Add函数的细节：将esp减去一个地址改变指向：

之后还是main函数栈帧的那一套操作，压入3个寄存器并初始化空间，并将z初始化为0：

此时先将 ebp + 8 的值赋给 eax ，此时 eax = 10；之后又执行add，将 ebp + 12 的值等于30，最后将eax的值赋给 ebp - 8 ，此时 ebp - 8 地址的值是30. 我们可以发现，我们使用Add函数并没有创建形参，在我们传参时其实已经压栈过了，而且参数是从右向左传参的。