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【前文】

一、函数栈帧的概念（stack frame）

写代码的时候，常会把一个独立实现的功能抽象为函数，所以C语言是以函数为基础单位的。

函数栈帧（stack frame）：函数调用过程中在程序的调用栈（call stack）所开辟的空间，这些空间是用来存放：

• 函数参数和返回值
• 临时变量(包括函数的非静态的局部变量以及编译器自动产出的其他临时变量)
• 保存上下信息(包括在函数调用前后需要保持不变的寄存器)

二、函数栈帧的作用

主要解决下面问题:

1. 局部变量如何创建的?

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. 传参的顺序是怎么样的？

5. 函数的形参和实参是分别怎么实例化的?

6. 函数的返回值如何带会的?

三、函数栈帧的创建和销毁解析

3.1 铺垫知识:

栈(stack):是现代计算机程序里最为重要的概念之一，几乎每一个程序都使用了栈，没有栈就没有函数，没有局部变量，也就没有我们如今看到的所有的计算机语言。

这里的栈，不是数据结构中栈，而是动态内存区域中的栈。在计算机系统中，栈是一个具有先进后出(First In Last Out，FIFO)的属性的动态内存区域。程序可以将数据压入栈中，也可以将数据从栈顶弹出。(压栈操作使得栈增大，而弹出操作使得栈减小)

在经典的操作系统中，栈总是向下增长(由高地址向低地址)。

3.2 认识相关寄存器和汇编指令

相关寄存器:

• eax：通用寄存器，保留临时数据，常用于返回值
• ebx：通用寄存器，保留临时数据
• ebp：栈底寄存器
• esp：栈顶寄存器
• eip：指令寄存器，保存当前指令的下一条指令的地址(函数调用可以看到)
• exc： 计数寄存器

相关汇编命令:

• mov：数据转移指令
• push：数据入栈，同时esp栈顶寄存器也要发生改变
• pop：数据弹出至指定位置，同时esp栈顶寄存器也要发生改变
• sub：减法命令
• add：加法命令
• call：函数调用，1. 压入返回地址 2. 转入目标函数
• jump：通过修改eip(指令寄存器)，转入目标函数，进行调用
• ret：恢复返回地址，压入eip，类似pop eip命令
• lea:装入有效地址，操作数就是地址

3.3 解析函数栈帧的创建和销毁

预备知识:

• 每一次函数调用，都需要在栈中开辟空间(函数栈帧)

• 这块空间需要使用两个寄存器维护:esp(栈顶)和ebp(栈底)，ebp记录栈底的地址，esp记录栈顶的地址

• 函数栈帧的创建和销毁过程，在不同的编译器上实现的方法大同小异(本次在vs2019)

函数调用堆栈是反馈函数调用逻辑的，那我们可以清晰的观察到， main 函数调用之前，是由invoke_main 函数来调用main函数，那么内存中以invoke_main 函数开辟好了函数栈帧。

准备环境(便于函数栈帧的过程足够清晰)

转到反汇编(调试到main函数开始执行的第一行，右击鼠标转到反汇编 )

【注意】：VS编译器每次调试都会为程序重新分配内存，对于每次反汇编代码是一次调试代码过程中数据，每次调试略有差异。

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【正文】(逐步分析)

一、创建main函数的函数栈帧

00E718B0  push        ebp  //ebp寄存器中的值压栈，存放invoke_main函数栈帧的ebp,esp-4
00E718B1  mov         ebp,esp  //mov指令会把move指令会把esp的值存放到ebp中，相当于产生了main函数的ebp，这个值就是invoke_main函数栈帧的esp
00E718B3  sub         esp,0E4h  ///sub会让esp中的地址减去一个16进制数字0xe4,产生新的esp，此时的esp是main函数栈帧的esp，此时结合上一条指令的ebp和当前的esp，ebp和esp之间维护了一个块栈空间，这块栈空间就是为main函数开辟的，就是main函数的栈帧空间，这一段空间中将存储main函数中的局部变量，临时数据已经调试信息等。
00E718B9  push        ebx  //将寄存器ebx的值压栈，esp-4
00E718BA  push        esi  //将寄存器esi的值压栈，esp-4
00E718BB  push        edi  //将寄存器edi的值压栈，esp-4
 //上面3条指令保存了3个寄存器的值在栈区，这3个寄存器的在函数随后执行中可能会被修改，所以先保存寄存器原来的值，以便在退出函数时恢复。
00E718BC  lea         edi,[ebp-24h]//ebp-24h的地址，放在edi
00E718BF  mov         ecx,9  //次数
00E718C4  mov         eax,0CCCCCCCCh//0CCCCCCCCh数值存放在eax寄存器
00E718C9  rep stos    dword ptr es:[edi] // 将从edp-0x2h到ebp这一段的内存的每个字节都初始化为0xCCCCCCCh(0xCCCC（两个连续排列的0xCC）的汉字编码就是“烫”，所以0xCCCC被当作文本就是“烫”)

注:最后四条代码等价下面的伪代码
edi = ebp-0x24;
ecx = 9;
eax = 0xCCCCCCCC;
for(; ecx = 0; --ecx,edi+=4)
{
*(int*)edi = eax;
}

二、main函数变量的创建

int a = 3;
00BE183B mov dword ptr [ebp-8],3 //将3存储到ebp-8的地址处，ebp-8的位置其实就是a变量
int b = 5;
00BE1842 mov dword ptr [ebp-14h],5 //将5存储到ebp-14h的地址处，ebp-14h的位置其实是b变量
int ret = 0;
00BE1849 mov dword ptr [ebp-20h],0 //将0存储到ebp-20h的地址处，ebp-20h的位置其实是ret变量

【说明】:

以上汇编代码表示的变量a、b、ret的创建和初始化，这就是局部的变量的创建和初始化。其实是局部变量的创建时在局部变量所在函数的栈帧空间中创建的

三、传参操作(在函数调用前)

//调用Add函数
ret = Add(a, b);
//调用Add函数时的传参
//其实传参就是把参数push到栈帧空间中
00BE1850 mov eax,dword ptr [ebp-14h] //传递b，将ebp-14h处放的5放在eax寄存器
中
00BE1853 push eax //将eax的值压栈，esp-4
00BE1854 mov ecx,dword ptr [ebp-8] //传递a，将ebp-8处放的3放在ecx寄存器中
00BE1857 push ecx //将ecx的值压栈，esp-4
00BE1858 call 00BE10B4//(函数的目标地址)    
 

call 指令是要执行函数调用逻辑的，在执行call指令之前先会把call指令的下一条指令的地址进行压栈操作，这个操作是为了解决当函数调用结束后要回到call指令的下一条指令的地方，继续往后执行。

代码执行到Add函数的时候，就要开始创建Add函数的栈帧空间了。
在Add函数中创建栈帧的方法和在main函数中是相似的，在栈帧空间的大小上略有差异而已。

1. 将main函数的 ebp 压栈

2. 计算新的 ebp 和 esp

3. 将 ebx ， esi ， edi 寄存器的值保存

4. 计算求和，在计算求和的时候，我们是通过 ebp 中的地址进行偏移访问到了函数调用前压栈进去的
   参数，这就是形参访问。

5. 将求出的和放在 eax 寄存器尊准备带回

int Add(int x, int y)
{
00BE1760 push ebp //将main函数栈帧的ebp保存,esp-4
00BE1761 mov ebp,esp //将main函数的esp赋值给新的ebp，ebp现在是Add函数的ebp
00BE1763 sub esp,0CCh //给esp-0xCC，求出Add函数的esp
00BE1769 push ebx //将ebx的值压栈,esp-4
00BE176A push esi //将esi的值压栈,esp-4
00BE176B push edi //将edi的值压栈,esp-4
int z = 0;
00BE176C mov dword ptr [ebp-8],0 //将0放在ebp-8的地址处，其实就是创建z
z = x + y;
//接下来计算的是x+y，结果保存到z中
00BE1773 mov eax,dword ptr [ebp+8] //将ebp+8地址处的数字存储到eax中
00BE1776 add eax,dword ptr [ebp+0Ch] //将ebp+12地址处的数字加到eax寄存中
00BE1779 mov dword ptr [ebp-8],eax //将eax的结果保存到ebp-8的地址处，其实就是放到z中
return z;
00BE177C mov eax,dword ptr [ebp-8] //将ebp-8地址处的值放在eax中，其实就是把z的值存储到eax寄存器中，这里是想通过eax寄存器带回计算的结果，做函数的返回值。
}

图片中的 a’ 和 b’ 其实就是 Add 函数的形参 x , y 。这里的分析很好的说明了函数的传参过程，以及函数
在进行值传递调用的时候，形参其实是实参的一份拷贝。对形参的修改不会影响实参。

四、函数栈帧的销毁

00BE177F pop edi //在栈顶弹出一个值，存放到edi中，esp+4
00BE1780 pop esi //在栈顶弹出一个值，存放到esi中，esp+4
00BE1781 pop ebx //在栈顶弹出一个值，存放到ebx中，esp+4
00BE1782 mov esp,ebp //再将Add函数的ebp的值赋值给esp，相当于回收了Add函数的栈
帧空间
00BE1784 pop ebp //弹出栈顶的值存放到ebp，栈顶此时的值恰好就是main函数的ebp，esp+4，此时恢复了main函数的栈帧维护，esp指向main函数栈帧的栈顶，ebp指向了main函数栈帧的栈
底。
00BE1785 ret //ret指令的执行，首先是从栈顶弹出一个值，此时栈顶的值就是call指令下一条指令的地址，此时esp+4，然后直接跳转到call指令下一条指令的地址处，继续往下执行

回到了call指令的下一条指令的地方：

00BE185D add esp,8 
 //esp直接+8，相当于跳过了main函数中压栈的a'和b'
00BE1860 mov dword ptr [ebp-20h],eax 
 //将eax中值，存档到ebp-0x20的地址处，其实就是存储到main函数中ret变量中，而此时eax中就是Add函数中计算的x和y的和，可以看出来，本次函数的返回值是由eax寄存器带回来的。程序是在函数调用返回之后，在eax中去读取返回值的.

【注意】:其实返回对象时内置类型时，一般都是通过寄存器来带回返回值的，返回对象如果时较大的对象时，一般会在主调函数的栈帧中开辟一块空间，然后把这块空间的地址，隐式传递给被调函数，在被调函数中通过地址找到主调函数中预留的空间，将返回值直接保存到主调函数的。

具体可以参考《程序员的自我修养》一书的第10章。

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以上就是本篇文章的所有内容，在此感谢大家的观看！这里是店小二C语言笔记，希望对你在学习C语言中有所帮助！