C语言函数栈帧详解（下）

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前言

继上文对于函数栈帧的基础知识的讲解,本文我们将继续探究对于从汇编的角度详解函数栈帧的创建和销毁

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一、详解函数栈帧的创建和销毁

1.入栈和出栈

入栈（压栈）：先将栈顶指针向上移动四字节的大小空间，再将寄存器的数据放入那四字节空间。这里的向上移动是指向低地址处移动。

入栈指令：push a。

出栈：将栈顶指针向下移动四字节，这里的向下是往低地址处移动四个字节的空间。并将这四个字节的数据放入某个寄存器中。

出栈指令：pop a。

我们可以理解就像子弹的弹夹一样，怎么压子弹和怎么把子弹退出来，如下图所示

在这其中，对于这块空间使用了两个寄存器，ebp和esp，在上面的预备知识中我们讲到，ebp 记录的是栈底的地址， esp 记录的是栈顶的地址，并且栈中的地址都是由高地址向低地址延申的。

2.main()函数调用

在调试中，打开调用堆栈，我们可以发现，add()函数被main()函数调用，而main 函数是由invoke_main 函数来调用的。在 invoke_main 函数之前的函数调用我们就暂时不考虑了

3.细说汇编

以下这个程序运行时的汇编代码，我将对列出来的相关汇编做一下详细的解释

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,0BBC003h  
 call        00BB131B  
	int sum = 0;
 mov         dword ptr [ebp-8],0  
	sum = x + y;
 mov         eax,dword ptr [ebp+8]  
 add         eax,dword ptr [ebp+0Ch]  
 mov         dword ptr [ebp-8],eax  
	return sum;
 mov         eax,dword ptr [ebp-8]  
}
 pop         edi  
 pop         esi  
 pop         ebx  
 add         esp,0CCh  
 cmp         ebp,esp  
 call        00BB1244  
 mov         esp,ebp  
 pop         ebp  
 ret    
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,0BBC003h  
 call        00BB131B  
	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  
	add(a, b);
 mov         eax,dword ptr [ebp-14h]  
 push        eax  
 mov         ecx,dword ptr [ebp-8]  
 push        ecx  
 call        00BB1023  
 add         esp,8  
	printf("%d", c);
 mov         eax,dword ptr [ebp-20h]  
 push        eax  
 push        0BB7B30h  
 call        00BB10D2  
 add         esp,8  
	return 0;
 xor         eax,eax  
}
 pop         edi  
 pop         esi  
 pop         ebx  
 add         esp,0E4h  
 cmp         ebp,esp  
 call        00BB1244  
 mov         esp,ebp  
 pop         ebp  
 ret  

main函数的栈帧创建

• 1. 将ebp压入栈，存放的是invoke_main函数栈帧的ebp

push        ebp 

• 2. mov ebp,esp

mov         ebp,esp 

• 3. 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。

sub         esp,0E4h 

• 4. 将ebx esi edi 压入栈

 push        ebx  
 push        esi  
 push        edi  

• 5. 这四句话主要是将main函数的栈帧的每个字节都初始化为0xCC

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

热知识：为什么出现这么多‘烫烫烫’，是因为在main函数调用的时候栈区开辟的空间每个字节都被初始化为0XCC，且arr数组没有被初始化，又恰好在此空间上开辟，所以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”。

• 6. 以下是对局部变量的创建与初始化

	int a = 10;//将10存储到ebp-8的地址处，ebp-8的位置存放的是a变量
 mov         dword ptr [ebp-8],0Ah  
	int b = 20; //将20存储到ebp-14h的地址处，ebp-14h的位置存放的是b变量
 mov         dword ptr [ebp-14h],14h  
	int c = 0;//将0存储到ebp-20h的地址处，ebp-20h的位置存放的是ret变量
 mov         dword ptr [ebp-20h],0 

add函数创建并初始化栈帧

这里的创建栈帧与上面的main函数大同小异，我们直接将add函数语句内的语句执行

• 1. 将0放在ebp-8的地址处，其实就是创建并初始化sum

int sum = 0;
mov         dword ptr [ebp-8],0 

• 2.将新的地址存到sum的地址中

sum = x + y;
mov         eax,dword ptr [ebp+8]//将ebp+8地址处的数字存储到eax中
add         eax,dword ptr [ebp+0Ch]//将ebp+12（即ebp+0Ch）地址处的数字加到eax寄存中
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sum中

• 3. 将处理的结果返回

return sum;
mov         eax,dword ptr [ebp-8]  //将ebp-8地址处的值放在eax中

add函数栈帧的销毁

 pop         edi  
 pop         esi  
 pop         ebx  
 add         esp,0CCh  
 cmp         ebp,esp  
 call        00BB1244  
 mov         esp,ebp  
 pop         ebp  
 ret    

将edi、esi、ebx出栈

0CCh是Add函数栈帧的大小，所以esp向下移动到dbp的位置，之后pop ebp，由于栈顶指向的是main函数栈帧的栈底，因此出栈ebp指向main函数栈帧的栈底。
之后的指令就和上述讲的差不多了，这里就不细细讲解了

4. 总结

最后，通过本文的了解，我们就可以对很多问题有了一个答案

函数是如何调用的？

答：先传参，也就是把参数的值分别放在寄存器中，然后再push压入栈中；把主调函数ebp的值和下一条指令的地址push压入栈中，随后进入调用的函数中，创建函数栈帧并初始化，然后执行函数内的语句。

为什么局部变量若不初始化，内容是随机的？

答：函数栈帧创建后会自动将空间中存储的值全部初始化为一个特定值（如VS2019下为0xcccccccc），编译器不同值也不同。

函数调用时参数时如何传递的？传参的顺序是怎样的？

其实传参就是把参数push到栈帧空间中，传参时先压入的是后面参数的值，(参数，参数，…)从右往左压入。

函数的形参和实参分别是怎样实例化的？

形参通过寄存器的值压栈创建，而实参通过 ebp 存储的地址进行偏移，由编译器决定一块未使用空间创建。

形参和实参是什么关系？

形参是实参的临时拷贝，只是值相同却是不同的地址

局部变量是如何创建的？

函数栈帧创建后编译器分配由高到低地址创建变量

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