函数栈帧的创建和销毁（程序员必了解内容）

目录

前言

函数栈帧详解

main函数栈帧的建立

Add函数栈帧的建立与销毁

总结

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前言

不知道大家对下述问题有没有疑问：

1.局部变量是如何创建的

2.未初始化的局部变量为什么是随机值

3.函数是如何传参的，传参顺序是怎样的

4.形参和实参是什么关系

5.函数是如何调用的

每一次函数调用都会在栈区开辟一块空间，也就是函数栈帧。

如果大家对函数栈帧不了解的话，肯度会对上述的问题有疑问，今天就让我带大家一探究竟，打开函数栈帧的大门。话不多说我们直接步入正题。由于编译器版本的不同，函数栈帧建立和销毁可能有些许差异，但大致的步骤都是一样的。我使用的环境是vs2019

                               

函数栈帧详解

在了解函数栈帧之前，我们先介绍一下寄存器，寄存器有：eax，abx，ecx，edx等等，而我们今天要通过ebp，esp这两个寄存器来维护函数栈帧。

ebp：基址指针寄存器，其中存放这一个指针，指向当前栈帧中栈底的元素

bsp：栈指针寄存器，其中存放着一个指针，指向当前栈帧中栈顶的元素，且会随着栈帧的扩充指向栈顶。

栈是先进后出的，栈支持两种基本操作，push和pop。push将数据压入栈中，pop将栈中的数据弹出并存储到指定寄存器或者内存中。

我们通过一个简单的加法程序来分析函数栈帧。

#include 

int Add(int x, int y)
{    
    int ret = x + y;
    return ret;
}
nt main()
{    
    int a = 10, b = 20;
    int c = 0;
    c = Add(a, b);
    printf("%d\n", c)；

    return 0;

}

实际上main函数也是被其他函数调用的，我们这里暂且称为__tmain，而这个函数也是被另外一个函数调用的，这里就不作深究了，重点放在main函数的栈帧。

main函数栈帧的建立

下述也就是为main函数创建栈帧做的准备

int main()
{    
00851E30  push        ebp  
00851E31  mov         ebp,esp  
00851E33  sub         esp,0E4h  
00851E39  push        ebx  
00851E3A  push        esi  
00851E3B  push        edi

第一行：push ebp，将ebp压入栈中。此时esp上移

第二行和第三行：首先将esp的值放到ebp里面，ebp就指向esp的位置了，然后sub esp 0E4h，此时esp的地址变小了，指向上面的区域。此是ebp和esp就会维护新的空间，也就是为main函数预开辟的空间

第四五六行将ebx，esi，edi压入栈中。

00851E3C  lea         edi,[ebp-24h]  
00851E3F  mov         ecx,9  
00851E44  mov         eax,0CCCCCCCCh  
00851E49  rep stos    dword ptr es:[edi]

而这四步，是将ebp-24h向下重复9次，dword双字的内存全部改为0CCCCCCCCh，这就是为什么我们有时变量未初始化会打印烫烫烫之类的原因（有些编译器会将main函数初始开辟的栈帧全都初始化为0CCCCCCCCh）

下面就开始创建局部变量了

int a = 10, b = 20;
00851E55  mov         dword ptr [ebp-8],0Ah  
00851E5C  mov         dword ptr [ebp-14h],14hint c = 0;

int c = 0;
00671E63  mov         dword ptr [ebp-20h],0 

第一行：将0Ah（也就是10）放在ebp-8的位置

第二行：将14h（也就是20）放在ebp-14h的位置

第三行：将0放在ebp-14h的位置

c = Add(a, b);
00C51E6A  mov         eax,dword ptr [ebp-14h]  
00C51E6D  push        eax  
00C51E6E  mov         ecx,dword ptr [ebp-8]  
00C51E71  push        ecx  
00C51E72  call        00C510B4  
00C51E77  add         esp,8 

下面就要调用Add函数了，而在call Add函数之前我们又执行了几条指令：

一二行：实际上就是push eax（里面存放的是b的值20），将eax压入栈中

三四行：实际上就是push eax（里面存放的是a的值10），将eax压入栈中

从这里我们就可以看出函数传参是从右向左的，形参是实参的一份临时拷贝。

大家可以看到call指令的下一条指令地址是00c51E77，而我们在call之后，会将call指令的下一条指令压入栈中，这样当出Add函数的栈帧后就可以找到call指令的下一条指令地址了。

         

Add函数栈帧的建立与销毁

下面就进入Add函数内部了

int Add(int x, int y)
{    
00C52EB0  push        ebp  
00C52EB1  mov         ebp,esp  
00C52EB3  sub         esp,0CCh  
00C52EB9  push        ebx  
00C52EBA  push        esi  
00C52EBB  push        edi  
00C52EBC  lea         edi,[ebp-0Ch]  
00C52EBF  mov         ecx,3  
00C52EC4  mov         eax,0CCCCCCCCh  
00C52EC9  rep stos    dword ptr es:[edi]  
00C52ECB  mov         ecx,0C5C003h  
00C52ED0  call        00C5130C 

第一行：是将main函数的ebp压入栈中。因为esp是始终指向函数的栈顶的，实际上是方便出Add函数后找到main函数的ebp

其余的步骤和创建main函数栈帧类似，这里就不再赘述了。

`int ret = x + y;
00C52ED5  mov         eax,dword ptr [ebp+8]  
00C52ED8  add         eax,dword ptr [ebp+0Ch]  
00C52EDB  mov         dword ptr [ebp-8],eax  `

ebp+8实际上就是存放a的临时变量10的地址，ebp+0ch就是存放b的临时变量20的地址，此时eax存放相加后的值30，

放到ebp-8的位置

return ret;
00C52EDE  mov         eax,dword ptr [ebp-8]  
}

而我们是如何返回的呢？是将ebp-8的值也就是30再放到一个eax寄存器中，所以是通过寄存器存放相加后的值，这出即使出了Add函数，栈帧销毁，仍然可以返回值。

接下来又通过几条指令

00C52EE1  pop         edi  
00C52EE2  pop         esi  
00C52EE3  pop         ebx

00C52EF1  mov         esp,ebp  
00C52EF3  pop         ebp  
00C52EF4  ret 

三次pop弹出栈顶的三个元素，esp地址+0ch

第四行：将ebp的值放到esp里面，这样Add的函数栈帧就销毁了

第五行：弹出栈顶的元素放到ebp里面，而此是栈顶元素存放的就是main函数的ebp，所以又回到了main函数栈帧

而末尾一行：ret实际上就是return的意思，弹出栈顶的元素，也就是call指令下一条指令地址，这样当我们回到main函数后就可以执行call指令的下一条指令了。

00C51E77  add         esp,8  
00C51E7A  mov         dword ptr [ebp-20h],eax

第一行：销毁形参（因为Add函数已经调用结束了，所以就不需要形参了）

第二行：将eax（存放的值30）放到[ebp-20h]（c的位置），这样c的值就是30了。

函数的栈帧的创建和销毁在这里就告一段落了。

总结

1.通过move，sub可以建立栈帧，通过move，pop也可以销毁栈帧，push 和pop可以回到栈帧。

通过push call指令的下一条指令地址，函数调用完后后可以执行call指令的下一条指令。

2.调用函数要建立栈帧，出函数要销毁栈帧，也就是把内存还给操作系统。

3.形参是实参的一份临时拷贝，改变形参的值不会改变实参，当我们要对实参进行实际操作时，就要传址，或者传引用。

4.函数传参是从右向左的,通过偏移量找到形参。

5.在创建局部变量之前，会先在栈帧中初始化一部分空间，然后再给局部变量分配部分空间。

6.我们调用函数建立新的栈帧之前，会先存放call指令下一条指令地址，再push当前函数的ebp，然后再调用函数。

了解完函数栈帧，你是不是对变量的创建，函数的调用，实参和形参的关系等等有了更深的了解。最后如果大家有任何问题，欢迎大家来下方评论区讨论。

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