希望是美好的，也许是人间至善，而美好的事物永不消逝。——《肖申克的救赎》

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目录

1、什么是函数栈帧？

2、理解函数栈帧能解决什么问题

3、函数栈帧是什么

3.1什么是栈？

3.2认识寄存器和汇编指令

4、函数调用的整个过程

5、main函数的栈帧形成过程

6、自定义函数栈帧形成过程

7、自定义函数返回到主函数

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前言：

大家好，我是拳击哥。我们在编写程序时，会自定义一些函数，我们会用它来进行一些功能实现，那它在内存中的样子是什么呢，实参是如何传参给形参的呢？实际上自定义的函数是在栈区创建的一片空间，我们通过一些汇编指令来实现传参回参。今天我给大家带来的博文内容是什么是函数的栈帧，理解函数的栈帧能解决什么问题。并且理解函数栈帧的创建与销毁的过程。下面我就来详细解析。

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1、什么是函数栈帧？

我们在编写程序的时候会自定义函数，自定义函数在调用时。会在内存中开辟一道空间那么这个空间就是该函数的栈帧（stack frame）。那么这些空间里面存放函数参数以及函数返回值，临时变量，保存上下文信息。我们来看一个图大致理解一下：

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2、理解函数栈帧能解决什么问题

我们在理解函数栈帧后，以下几个问题就理解了：

• 局部变量的创建过程
• 为什么局部变量不初始化内容就是随机值
• 函数调用的时候是如何传参的，顺序是怎样的
• 函数的形参和实参是怎样实例化的
• 函数的返回值能带回什么

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3、函数栈帧是什么

3.1什么是栈？

栈（stack）是计算语言中最重要的概念之一，我们运行的每一个程序都是用了栈。如果没有栈就没有函数、局部变量、所有的C语言。

栈被定义为一种特殊的容器，用户可以将数据压入栈中（入栈，push），也可以将已经压入栈中的数据弹出（出栈，pop），但是栈这个容器必须遵守一条规则：先入栈的数据后出栈（First In Last Out， FIFO）。就像叠成一叠的书，先叠上去的书在最下面，因此要最后才能取出。

push：压栈，pop：出栈：

那么如果一块函数的栈帧经过push指令后 ，这块函数的栈帧会延申值最后一个push的指令上方。

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3.2认识寄存器和汇编指令

1、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

其中ebp，esp是最重要的，这两个寄存器中存放是地址，它们俩是用来维护函数栈帧的。ebp是指向栈底的，esp是指向栈顶的。它们比较重要，如下图所示：

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2、汇编指令

• 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，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

在认识相关的寄存器和汇编指令后，我们来讲解栈帧的创建与销毁

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4、函数调用的整个过程

我们来看一组程序：

#include<stdio.h>

int Add(int x, int y)
{
	int z = 0;
	z=x + y;
	return z;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 5;
	int c = 0;
    c = Add(a, b);
	printf("%d",c);
	return 0;
}

 输出结果：15

我们都知道，这个程序是自定义了一个Add函数来求a与b的和。那么这个程序在内存中运行的过程是怎样呢？接下来容我步步讲解： 

转入反汇编

注意今天我们是在VS2019环境下来演示，每个编译器。显示的汇编语言有些许差异，但实质上的逻辑的差不多。函数调用的过程和返回的过程都相同，因此不必纠结编译器。

 打开反汇编后，我们就看到了一些汇编指令push、mov、sub、lea等等。

注意以下所有的过程都是拿此程序来讲解。

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5、main函数的栈帧形成过程

首先我们要知道main函数也是被调用的，是被_tmainCRTStartup调用的。那么main函数形成的过程，就是通过上述汇编指令一步步完成。

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1、第一条指令

首先我们来看第一个条指令push：edp和第二条指令mov：ebp，esp。

push：ebp就是在_tmainCRTStartup的栈顶上压一块空间这个存的就是ebp。注意每次压栈过后，栈底指针会指向最上方。

mov：ebp，esp就是使esp的值给ebp，因此ebp和esp指向的地方是同一方向。

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2、第三条指令

我们再来看第三条指令sub：esp，0E4h。

sub：esp，0E4h就是让esp减去0E4h，因此 esp指向到了内存中的上一块区域。此时esp和ebp分别指向了新的空间，而这块新的空间就是main函数的栈帧。

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3、第四到第六条指令 

第四到六条指令push：ebx，push：esi，push：edi。

这三个push分别在main函数栈帧上方压三条指令，压栈完后，此时的栈顶指针也是指向了最高层。

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4、第七至第十条指令 

第七条至第十条指令，lea：edi,[ebp-24h] ~rep stos    dword ptr es:[edi] 

lea的是意思是load effecitve address（加载有效地址），lea：edi,[ebp-24h]意思是把ebp到ebp后24h个位置里面的值都加载成CCCCCCCC。所以不初始化变量输出的是随机值，是因为CCCCCCCC里面存放都是一些类似于烫烫烫烫这样的乱码。

 此时main函数栈帧的开辟已经完成了。里面的CCCCCCCC都是可以为main函数所用的空间

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5、mov创建局部变量a

mov：dword ptr [ebp-8],0Ah，意思是把0Ah也就是10放到ebp-8的位置。此时局部变量a=10已在main函数栈帧里面创建成功，所在的位置是ebp-8。dword是双倍word，word占两个字节。因此dword占四个字节。

 这就是局部变量a=10创建的过程

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6、mov创建局部变量b

mov：dword ptr [ebp-14h],5。意思是把5放到 edp-14h(20d)的位置。此时局部变量b=5已经在main函数栈帧创建成功，所在位置为edp-14h。

 这就是局部变量b=5的创建过程。

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7、mov创建局部变量c

mov：dword ptr[edp-20h]把0赋值给edp-20h的位置。

这就是变量c的创建过程

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6、自定义函数栈帧形成过程

函数传参的过程，5中我们通过汇编指令了解到了局部变量在内存里面的创建步骤。下面我们就来看函数调用过程。首先我们得进入Add函数，会出现以下界面：

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1、局部变量压栈1

mov：eax，dword ptr [ebp-14h]意思是把ebp-14h里面的值5存到寄存器eax里面

push：eax意思是把eax压在最顶部，也就是b的值5放在了最顶部。

这就是形参b的创建过程

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2、局部变量压栈2

mov：eax，dword ptr [ebp-8]意思是把ebp-14h里面的值10存到寄存器ecx里面

push：ecx意思是把eax压在最顶部，也就是a的值10放在了最顶部。

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3、call指令

call指令作用是函数调用1. 压入返回地址 2. 转入目标函数，也就是把call下一条指令压入栈顶。方便函数返回时找到来时路。注意每次重新调试时 ，地址都会不一样。但功能是一样的。

4、使用形参

因为函数栈帧创建的过程在main函数栈帧创建中已经讲到了，此时我们省略Add创建过程，直接来到使用形参。

上面我们说到了，ecx和eax这两个寄存器放的是两个局部变量的值，实质上此时的ecx和eax就是形参x和y的值。我们可以让栈底指针依次向下访问这两个寄存器的值（形参的值）这样就可以进行安全的操作。我们常说对形参进行修改不会影响实参，就是这个道理。因为形参是在寄存器里面存储的。

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7、自定义函数返回到主函数

当函数返回主函数时会出现以下界面。我们不用管上一部分，我们来看下半部分。

 下半部分就是Add函数的销毁过程，分别pop栈底的三个指令，然后通过cmp、mov指令回到main函数主体。

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最后main函数回到了最初的样子

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最后输出c的值

注意，我们先把z的值放到了寄存器eax里面。 不然Add函数的栈帧结束后z变量里面存的值都会被销毁。

 

mov：dword ptr[ebp-20h],eax。此时把eax的值放到了ebp-20h的位置。因此c的值就变为了z的值。这就是返回值。

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 总结：

局部变量创建过程是通过栈底指针ebp来执行的

函数创建后的内存里面默认值是CCCCCCCC因此会造成不初始化变量输出乱码

形参放在是eax和ecx或ebx里面的

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本期博客到这里就结束了，相信大家已经理解了开头的理解函数栈帧能解决什么问题。感谢您的观看

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