函数栈帧的创建和毁销【C语言版】

大家好，我是深鱼~

【前言】前期学习的时候，我们可能有很多的困惑

比如：

·局部变量是怎么创建的呢？

·为什么局部变量的值是随机值？

·函数是怎么传参的？传参的顺序是怎么样的？

·形参和实参是什么关系？

·函数调用是怎么做的？

·函数调用是结束后怎么返回的？

知道了函数栈帧的创建和销毁这些问题就都可以解决了，学习这个知识其实就是修炼自己的内功，也能搞懂后期的更多知识

 【进入正题】：

本部分讲解使用的环境是vs2013，因为越高级的编译器，越不容易学习和观察。

同时在不同的编译器下，函数调用过程中栈帧的创建是略有差异的，具体细节取决于编译器的实现

一、寄存器

电脑中的任何指令都是在CPU上运行的，但是CPU本身只负责运算不负责存储，数据一般都存储在内存和寄存器（存储最常见的数据）

寄存器有eax，ebx，ecx，edx，还有本篇的重点ebp，esp

ebp（栈底指针），esp（栈顶指针）这2个寄存器中存放的是地址，这两个地址是用来维护函数栈帧的

二、栈区

每一个函数调用，都要在栈区创建一个空间

那么什么是栈区呢？

内存四区模型：

栈区stack：由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值（形参和返回值），局部变量的值

栈区的使用习惯是先使用高地址，再使用低地址，空间不断向上消耗，如果再使用空间，就需要在顶部放数据（栈顶），当函数调用时，esp维护的就是栈顶，ebp维护的就是栈底

【温馨提示】：这里只是以main函数开辟的空间为例，esp，ebp不只是维护main函数，还有其他的函数

【问】：那么什么又是栈帧呢？ 

 【栈帧】：利用寄存器访问局部变量，函数的参数值等的手段，表示程序的函数调用记录

【补充】：压栈和出栈是什么？

push：压栈：从栈顶上放入元素

pop：出栈：从栈顶上删除元素 

 三、函数栈帧的创建

代码：为了更清晰地演示此过程，所以代码写的足够的细节

#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;
}

按下F10进行逐过程调试，按F11下一步，然后打开调试-窗口-调用堆栈，随着我们一步一步地按F11逐语句调试，最后发现从return 0跳转到另一个界面，其实就是main函数的调用函数

 其实main（）函数是被_tmainCRTStartup函数调用，而_tmainCRTStartup函数又是被mainCRTStartup函数调用的

接下来分步骤演示函数栈帧的创建和销毁的过程

1.为main函数开辟栈帧 

<0>在调用main函数之前：esp和ebp分别在栈顶和栈底维护_tmainCRTStartup函数

<1>：将ebp的值压入栈中，esp的值向低地址减小，指向esp的上端

<2>：将esp的值赋给ebp，两者同时指向esp                         

<3>：将esp减去0E4h并保存在esp中，即esp向低地址移动0E4h个字节（就是开始为main函数开辟空间） 

<4>：将ebx，esi，edi的值分别压入栈中，注意每次压栈后，esp都会向低地址移动，最后sep就到达了edi的上方

<5>：将ebp减去0E4h的地址放到到edi中（lea：load effective address）

                      将39h放到ecx中去

                      将0CCCCCCCCh放到eax中去

<6>：将从edi（ebp-0E4h）开始的位置，重复39h次地向下（高地址方向）的内存赋值0CCCCCCCCh，每次赋值双字符（dword：double word）即四字节的空间（就是为main函数开辟的空间全部初始化为0CCCCCCCCh）

为main(）函数开辟栈帧

                                                                                                                              

2.在main函数中创建变量

将初始化的值赋值给内存地址为【 】中的双字符空间

eg：int a=10:将0Ah（也就是初始化的值10）放到ebp-8为内存地址的空间

 结果我们可以看到三个位置分别放入了变量并初始化了，从这里我们就可以知道为什么变量不初始化就是随机值了，因为初始化，变量里面就是0CCCCCCCCh，这个值是不确定的 

3.调用Add函数前的准备

<1>传参b：

（1）把地址为ebp-14h（b的地址）里面的数据（也就是b的值）赋给eax

（2）将eax的值（里面放的就是b的值20）压入栈中，esp向上（低地址）移动

<2>传参a：

（1）把地址为ebp-8（a的地址）里面的数据（也就是a的值）赋给ecx

（2）将ecx的值（里面放的就是a的值10）压入栈中，esp向上（低地址）移动

【注意】传参是从右往左传的

<3>准备调用Add函数：

（1）把call指令的下一条指令的地址压入栈中（这一步是为了调用完自定义函数后根据这个地址回到main函数去，并从这个地址向下执行），esp向上（低地址）移动

【注意】这个时候main函数的栈帧范围：栈顶esp已经到了这个地址，而栈底ebp还在下面

（2）程序进入到Add函数中去

 4.为Add函数开辟栈帧

 这一步和为main函数开辟栈帧一样

<1>:将ebp的值压入栈中，esp向上（低地址）移动

<2>:将esp的值赋给ebp，两者同时指向esp   

<3>：将esp减去0CCh并保存在esp中，即esp向低地址移动0CCh个字节（就是开始为Add函数开辟空间） 

<4>：将ebx，esi，edi的值分别压入栈中，每次压栈后，esp都会向上（低地址）移动，最后sep就到达了edi的上方

<5>：将ebp减去0CCh的地址放到到edi中

                      将33h放到ecx中去

                      将0CCCCCCCCh放到eax中去

<6>：将从edi（ebp-0CCh）开始的位置，重复33h次地向下（高地址方向）的内存赋值0CCCCCCCCh，每次赋值双字符（四字节）的空间（就是为Add函数开辟的空间全部初始化为0CCCCCCCCh）

 5.在Add函数中创建变量并运算

<1>创建变量z：将0（z初始化的值）放到ebp-8为内存地址的空间

<2>进行运算：

(1)将地址为ebp+8里面的数据（也就是a）放入eax

(2)将地址为ebp+12里面的数据（也就是b）加到eax（上次的10+这次的20=30）

(3)将eax放入地址为ebp-8里面（也就是z，让z=30）

【注意】形参并不是在自定义函数里面创建的，而是回去找到调用函数之前压栈压进去值的地址

<3>返回z：将地址为ebp-8里面的数据（也就是30）放入eax（让eax读取z的值，防止函数销毁以后拿不回z的值）

四、函数栈帧的销毁

6.Add函数栈帧的销毁

<1>出栈：edi，esi，ebx分别弹出栈区，每一次出栈esp都向下（高地址）移动

<2>Add函数回收：将ebp的值赋给esp，add函数的栈就没了

<3>将栈顶main函数的ebp弹出，ebp直接回到了main函数的ebp，同时esp向下（高地址）移动4字节

<4>返回ret，程序自动返回刚才call指令的下一行，读完地址，esp又向下（高地址）移动4个字节

7.返回main函数栈帧

 <1>形参x，y空间销毁：esp+8即esp向下（高地址）移动8字节，将形参x，y空间也还给操作系统

<2>把计算结果给c：把eax（Add求和的结果）的值放到以ebp-20h（c的地址）为地址的空间中

 main函数的销毁和Add函数差不多，下面就不做过多的阐述

【总结】

以上就是函数栈帧的创建和销毁，可以看到这个过程非常的严谨，非常的奇妙

看到这里相信大家对前面提出的问题都已经有了答案，有些地方还是挺难理解的，有问题欢迎评论区或者私信交流，觉得笔者写的还可以，或者自己有些许收获的，麻烦铁汁们动动小手，给俺来个一键三连，万分感谢