C语言代码函数栈帧的创建与销毁（修炼内功）

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在前期的学习中我们可能有很多困惑
例如：局部变量是怎么创建的
为什么局部变量的值是随机值
函数是怎么样传参的 传参的顺序是什么
形参和实参的关系是什么
函数调用是怎么做的
函数掉调用结束后怎么返回的
这篇博客我们来修炼自己的内功，掌握好这篇博客的大部分知识就已经很不错了
我们用到VS2013这个编译器，目的是为了看到更详细的函数封装内容 提示不要使用太过高级的编译器，因为越高级的编译器越不容易观察。同时这里需要注意的是在不同的编译器下，函数调用过程中栈帧的创建是略有差异的，不是完全相同的，具体细节取决于编译器

一、基础知识

1.1 什么是栈区？
C/C++程序内存分配的几个区域：
//1. 栈区（stack）：
在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
//2. 堆区（heap）：
一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。分配方式类似于链表。
//3. 数据段（静态区）（static）：
存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
//4. 代码段：
存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码
接下来，补充一下栈的知识，了解到这就可以了，足够使用了
栈区的使用是从高地址到低地址
栈区的使用遵循先进后出，后进先出
栈区的放置是从高地址往低地址放置：push 是压栈
删除是从低往高删除：pop 是出栈

1.2 寄存器

这里简单介绍一些寄存器，其它的先不要过多理解
常见寄存器有eax、ebx、ecx、edx，这四个都当做通用寄存器，保留临时数据，ebp和esp较为特殊
**eax “累加器” 它是很多加法乘法指令的缺省寄存器。
ebx "基地址"寄存器， 在内存寻址时存放基地址。
ecx 计数器，是重复(REP)前缀指令和LOOP指令的内定计数器。
edx 总是被用来放整数除法产生的余数。
esi 源索引寄存器
edi
目标索引寄存器
ebp （栈底指针）“基址指针”，存放的是地址，用来维护函数栈帧
esp （栈顶指针）专门用作堆栈指针，存放的是地址，用来维护函数栈帧
使用的测试代码

#include
 
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;
}

接下来还有一些汇编代码的含义：
mov：mov是数据传送指令（move的缩写），用于将一个数据从源地址传送到目标地址
sub：减法，subtraction的缩写
lea：Load effective address的缩写，取有效地址
call：用于调用其他函数
add：加法
pop：出栈
push：入栈或压栈

二、函数栈帧的创建和销毁的过程

_tmainCRTStartup函数（调用main函数）栈帧的创建
先了解 main 函数是被谁调用的，按 F10 或 F11 进入调试模式，F10是逐过程，F11是逐语句，打开堆栈

这时我们按住F10调试起来，右击鼠标转到反汇编就会呈现下图样式

_tmainCRTStartup函数（调用main函数）栈帧的创建

按F10，按到return 0 时再按一次，调用栈堆会出现以下内容
这时再看堆栈窗口发现 main 函数被 __tmainCRTStartup() 调用

main函数栈帧的创建

push        ebp  //在栈顶开辟ebp寄存器对应的空间
 mov         ebp,esp  //将esp的值传入ebp中（即将ebp指针移动到原本esp指向的位置）
 sub         esp,0E4h  //将esp的内容减去0E4h（将esp移动到原esp-0E4h的位置）
 push        ebx  //在栈顶放入ebx
 push        esi  //在栈顶放入esi
 push        edi  //在栈顶放入edi

此时进入main函数（也就是程序调试开始），首先要 push ebp 进行压栈，ebp 在 __tmainCRTStartup() 上面压栈
观察esp ebp 地址的变化，在调试的监视里面查看，push ebp 之后，esp 指向的位置也随之改变 (地址减小)
看下图

先看最开始的几个步骤
push：先在栈顶压一个ebp
move：把esp的值给了ebp（将地址传给ebp）
sub：给esp减去一个0E4h（八进制位数）这个值，减去一个0E4h的值后值变小了（地址变小了），那么此时ebp就指向了栈顶低地址
lea：load effective address（加载有效地址），ebp-0E4h就是再main函数的栈顶，为什么呢，这是因为我们前几个步骤在算的时候，esp在减去了一个0E4h之后就已经到达了栈顶，前面又把esp的值（地址）赋值给了ebp，所以理所当然的到达了栈顶

再将ebx esi edi分别压栈压在栈顶
大家可以边调式边看我给大家写的步骤，我如果一边写一边画图会很不方便，大家可以先跟着我的步骤先自己尝试着画一下，我在博客的最后给大家画了完整的图供大家参考
再看下面几个步骤，这里大家再最后几个步骤理解起来有点困难，我这里用通俗易懂的语句给大家解释一下，这里的eax存放的是0CCCCCCCCh这个值,从edi开始向下的ecx里面放的值全部放成CCCCCCCC这个值，这里再强调一遍word–2个字节，dword–4个字节，希望大家能够理解！！！
最上面是低地址，最下面是高地址

这就是为什么我们再VS编译器上面经常打印处烫烫烫烫，就是因为最开始没有在main函数里面定义变量的时候里面放的都是随机值，当然在不同的编译器上面效果不同

main函数内执行有效代码

mov         ecx,0ECC003h  
call        00EC131B  
	int a = 10;
mov         dword ptr [ebp-8],0Ah  
	int b = 20;
mov         dword ptr [ebp-14h],14h  
	int c = 0;
mov         dword ptr [ebp-20h],0  

mov这个意思我们上面已经讲到了，比如a，将14h（十六进制数也就是20，自己可以计算一下，116加上416的0次方），将20这个数字放到ebp-8这个地址里面，dword–4个字节，见下面我画的图大家就能理解
mov eax,dword ptr [ebp-14h] ，把 ebp-14h 的值0000 0014（十进制是20）放到 eax 里去
push eax ，压栈 eax(20)，esp指向的位置也随之改变 (地址减小)
mov ecx,dword ptr [ebp-8] ，把 ebp-8 的值0000000a（十进制是10） 放到 ecx 里去
push ecx ，压栈 ecx(10)，esp指向的位置也随之改变 (地址减小)
步骤演示图

接下来为call 指令，按下F11，此时就正式进入Add函数内部 并为其开辟栈帧

Add函数栈帧的创建

按 F11，进入到 Add 函数 ，该add 函数地址不一定与main 函数地址相连，但是add 函数的地址一定在main 函数地址上面

 call        00EC131B  

call 指令调用 Add 函数，这里逐语句(F11)执行，发现这里竟然存储着下一条指令的地址，事实上 call 指令把下一条指令的地址压栈了(为了 Add 函数结束后能找回来)，esp 地址也跟着变化

进入 Add 函数前，会先为 Add 函数开辟函数栈帧，这这些操作跟先前main函数开辟函数栈帧操作一样，所以这里就不细谈了

push    ebp//将ebp上移
mov     ebp,esp//将esp内容放入ebp（移动ebp）
sub     esp,0CCh//esp-0CCh（为Add开辟空间）
push    ebx//在栈顶放入ebx
push    esi//在栈顶放入esi
push    edi//在栈顶放入edi
lea      edi,[ebp-0Ch]//ebp-0Ch的空间  
mov      ecx,3//3存入ecx  
mov      eax,0CCCCCCCCh//存入eax  
rep stos  dword ptr es:[edi]//esp往下0ch的空间进行赋值

首先，push ebp把ebp压栈到栈顶，再mov把esp赋给ebp，再sub，把esp-去0CCh，此步骤就是在为Add函数开辟空间，接着进行三次push，同main函数那样，同理，依旧是赋值为CCCCCCCC，详细过程不再赘述，跟上文main函数一样，如图所示：

Add函数内执行有效代码

 mov         ecx,0ECC003h  
 call        00EC131B  
	int z = 0;
 mov         dword ptr [ebp-8],0  //把 0 初始化到 ebp-8 的位置

	z = x + y;
 mov         eax,dword ptr [ebp+8]  //把 ebp+8 的值 10 放到 eax 里
 add         eax,dword ptr [ebp+0Ch]  //把 ebp+0ch 的值 20 和 eax 的值 10 相加
 mov         dword ptr [ebp-8],eax  //把 eax 的值 30 放到 ebp-8(z) 里去
	return z;
 mov         eax,dword ptr [ebp-8]  //把 ebp-8 的值 30 放到 eax 里去

Add函数栈帧的销毁

mov eax,dword ptr [ebp-8] ,把ebp-8的值（30）放到eax里头去
pop edi ,出栈，释放为edi创建的栈区，地址开始增大
pop esi ，出栈，释放为esi创建的栈区，地址继续增大
pop ebx ，出栈，释放为exb创建的栈区，地址继续增大
执行一次pop,esp就会往高地址处移动一次
此时我的Add函数内部的CCCCCCCC这一些随机值就没有用了
mov将ebp的值赋值给esp，esp就指向高地址处了，ebp前面的Add函数的函数栈帧就销毁了，希望大家能够理解
然后我们再pop（出栈）一下，ebp就走了，就回到了main函数的低地址，此时我们的esp就来代替edp的位置，希望大家能够理解

最后我们看ret，我们此时回到了低地址处00C21450，这里面的逻辑其实是非常严谨的，我既要走出去也要走回来，我们接着从call指令处开始执行
然后执行add+8就是往高地址处走两步，dword是8个字节，地址往后+2个，这样就把我们形参中a,b给销毁了


mov esp,ebp ，ebp的值赋给esp，此时esp和ebp依旧相同
pop ebp ，弹出ebp，并将ebp所指向的main函数的起始地址赋值给了ebp指针，esp指针向高位移动，esp和ebp重新开始维护main函数的栈区空间
ret ，返回到main函数，在执行 ret 指令时，esp指针就指向了栈顶存放的call指令的下一条指令的地址
此时Add函数的栈帧算是真正销毁

main函数代码继续执行

mov dword ptr [ebp-20h],eax ，把eax的值放到ebp-20h上，而eax就是我们出Add函数时计算的和
接下来就是打印值和 main函数函数栈帧销毁，都与上面类似

所需反汇编代码总览

Add 函数

int Add(int x, int y)
{
 push        ebp  
 mov         ebp,esp  
 sub         esp,0CCh  
 push        ebx  
 push        esi  
 push        edi  
 lea         edi,[ebp-0Ch]  
 mov         ecx,3  
 mov         eax,0CCCCCCCCh  
 rep stos    dword ptr es:[edi]  
 mov         ecx,0ECC003h  
 call        00EC131B  
	int z = 0;
 mov         dword ptr [ebp-8],0  
	z = x + y;
 mov         eax,dword ptr [ebp+8]  
 add         eax,dword ptr [ebp+0Ch]  
 mov         dword ptr [ebp-8],eax  
	return z;
 mov         eax,dword ptr [ebp-8]  
}
 pop         edi  
 pop         esi  
 pop         ebx  
 add         esp,0CCh  
 cmp         ebp,esp  
 call        00EC1244  
 mov         esp,ebp  
 pop         ebp  
 ret  

main函数

int main()
{
 push        ebp  
 mov         ebp,esp  
 sub         esp,0E4h  
 push        ebx  
 push        esi  
 push        edi  
 lea         edi,[ebp-24h]  
 mov         ecx,9  
 mov         eax,0CCCCCCCCh  
 rep stos    dword ptr es:[edi]  
 mov         ecx,0ECC003h  
 call        00EC131B  
	int a = 10;
 mov         dword ptr [ebp-8],0Ah  
	int b = 20;
 mov         dword ptr [ebp-14h],14h  
	int c = 0;
 mov         dword ptr [ebp-20h],0  
	c = Add(a, b);
 mov         eax,dword ptr [ebp-14h]  
 push        eax  
 mov         ecx,dword ptr [ebp-8]  
 push        ecx  
 call        00EC10B4  
 add         esp,8  
 mov         dword ptr [ebp-20h],eax  
	printf("%d\n", c);
 mov         eax,dword ptr [ebp-20h]  
 push        eax  
 push        0EC7B30h  
 call        00EC10D2  
 add         esp,8  
	return 0;
 xor         eax,eax  
}
 pop         edi  
 pop         esi  
 pop         ebx  
 add         esp,0E4h  
 cmp         ebp,esp  
 call        00EC1244  
 mov         esp,ebp  
 pop         ebp  
 ret  

这次我们明显感觉难度大了起来，这正是我们修炼内功，变强的过程