从汇编指令看函数调用堆栈的详细过程

news2025/4/9 0:50:14

我们以下述代码为例来说明函数调用堆栈的详细过程

#include<iostream>

int sum(int a,int b)
{
	int temp=0;
	temp=a+b;
	return temp;
}

int main()
{
	int a=10;
	int b=20;

	int ret=sum(a,b);
	std::cout<<"ret:"<<ret<<std::endl;
	return 0;
}

接下来，我们逐行分析代码的执行

为局部变量分配空间

首先，当代码执行到main函数后，会为main函数开辟栈帧空间，需要说明的是

栈这个数据结构需要两个指针来维护，分别是栈底指针和栈顶指针
在x86结构里，负责存放栈底指针的寄存器是ebp，负责存放栈顶指针的寄存器是esp
栈空间是向下增长的，故内存地址随着栈帧的开辟会减小

如下所示，刚开始时，系统在内存中为main开辟的栈帧空间

当执行到以下代码时，系统会为变量a和变量b开辟栈帧，同时对其进行初始化

	int a=10;
	int b=20;

汇编指令为

mov dword ptr[ebp-4],0Ah
mov dword ptr[ebp-8],14h

其中，int a=10;这段代码对应的汇编指令解释如下

dword ptr，表示操作一个双字（也就是四个字节）的数据
[ebp-4]，表示以 ebp 寄存器为基址，偏移 -4 个字节的内存地址。因为栈是向下生长的，所以 -4 表示当前栈帧中的一个局部变量或者其他数据存储位置，通常是相对于栈顶的位置。
0Ah，十进制数字10的十六进制表示
mov，移动指令
故这段代码中表示，将值 10 存储到当前函数栈帧存储位置的前 4 个字节中。

此时，内存空间的栈帧情况如下所示

函数调用

准备工作

接下来，当执行到这段代码时，系统会做以下几件事情

int ret=sum(a,b);

为局部变量ret开辟栈帧空间
为形参变量a和b开辟栈帧空间
调用sum函数

1.为局部变量ret开辟栈帧

2.为形参变量开辟栈帧

需要说明的是，在为形参变量开辟栈帧空间时，是从右往左进行开辟的，也就是说是先开辟形参b的空间再开辟形参a的空间

压入形参b的汇编指令为

mov eax,dword ptr[ebp-8];从内存中取出变量b(内存地址为ebp-8)的数据，放到寄存器eax中
push eax;将取出的形参b的数据压入栈中

同理，压入形参a的汇编指令为

mov eax,dword[ebp-4]
push eax

此时内存空间的状态为

3.调用函数sum

该过程会使用汇编指令call调用函数sum，而在进入函数sum内部之前，call指令会进行一些准备工作

保存下一条指令的地址，也就是将下一条指令的地址压入栈中
保存函数调用前的上下文环境

（1）首先将下一条指令的地址压入栈中

由于系统为形参变量分配了内存空间，而当函数调用结束后会回收这块内存空间，因此下一条指令就是回收函数形参变量内存空间的指令，如下所示，就是将栈顶指针esp“增加四个字节的偏移”（栈是向下增长的，开辟栈空间是esp减去偏移，回收栈空间时esp增加偏移）

（2）保存上下文环境

在这里所谓的保存上下文环境，就是保存main函数栈帧空间的ebp值（栈的栈底地址）

因为进入sum函数后，会为sum函数开辟单独的栈空间，因此ebp值会被覆盖，而为了要在sum函数调用结束后回到main函数的栈空间，就需要将此时的ebp值进行保存，如下所示

之后，将ebp（栈低地址）移动到esp的位置，并移动esp（栈顶指针）为sum函数开辟栈帧空间，如下所示

该过程的汇编过程为

push ebp
mov ebp,esp
sub esp,4Ch

值得说明的是，该过程也就是sum函数的大括号里左括号 { 的作用

进入函数内部

当系统为sum函数开辟完栈帧空间之后，就已经进入sum函数内部了，接下来就在sum函数这个栈帧空间里执行sum函数的代码

int temp=0;

首先，上述这段代码的汇编指令为

mov dword ptr[ebp-4],0

如下所示，内存空间的状态为

temp=a+b;

同理，这段代码的汇编过程为

mov eax,dword ptr[ebp+0Ch];取出形参a的值，放入到寄存器eax中
add eax,dword ptr[ebp+8];取出形参b的值，并与形参a的值（在寄存器eax）相加，并将相加后的结果放到eax中
mov dword ptr[ebp-4],eax;将运算结果赋值为temp

此时，内存空间的状态为

接下来，执行这段代码

return temp;

该过程为函数返回，这段代码的汇编结果是将temp的值保存到寄存器eax中，即

mov eax,dword ptr[ebp-4]

接下来，就要开始回收栈帧空间

栈帧空间回收

1.首先，直接回退栈顶指针esp到ebp，汇编指令为

mov esp,ebp

此时内存空间的状态为

需要说明的是，该过程并没有清空sum函数栈帧空间的内容，也就是说，此时仍旧可以访问到函数内部的局部变量的值，但是如果在sum函数回退之后还有其他函数的执行，则必然会重新开辟栈帧空间，此时就会把sum函数的局部变量的值给覆盖掉

这也是为什么不建议返回一个局部指针和局部引用的原因，因为指针和引用类型的局部变量并不是按值返回的，也就是说返回时并不进行拷贝，这样就会很可能就会访问一个非法空间

2.接下来，系统会弹出栈顶值，而从图中可以看到，此时栈顶指针esp指向的值是进入sum函数前保存的main的栈底地址，因此，该过程会让ebp重新回退到main的栈底

该过程的汇编指令为