【C语言】函数栈帧空间的创建与销毁
咕咕咕~
目录
（一）前言
（二）将要解决的问题
注意
（三）基本知识
3.1寄存器
esp与ebp
（四）演绎过程
4.1改变认识main函数
4.2观察反汇编
4.3汇编代码
4.3.1栈的创建
4.3.2执行指令（main函数）
4.3.3执行指令（main函数中调用Add函数）
4.3.4Add函数调用结束
4.4开始出栈
（一）前言
看了动态的读者估计此时此刻心里有一万个问号。 ？？？？
在本次更新，本应是讨论 《对指针的深入理解》，但是，我想到了更加重要的内容，一直拖延了很久，迟迟没有动笔写出来。
今天，11月11日，是个好日子，状态不错，于是就有了本篇。毫无疑问这是重头内容，在动笔写本篇之前，我有预感——完成对《函数栈帧空间的创建的销毁》的讨论一定不是一件容易事。
但是，完成这件事，无论对我，还是对我的读者，都是一次很大的提升。
（二）将要解决的问题
在学习C到了一定程度后，我们或许会有很多疑问？
本篇目的就是通过可视化的手段再现函数栈帧的创建与销毁的过程，试图回答以上的问题，依次解决读者的疑惑。
注意
本次演示以VS2019为例，你也可以在阅读本文后自行演示。
不同 编译器 的演示内容可能会有所不同，但是总体思路是一致的。
（三）基本知识
为了能够顺利解释函数栈帧的创建，我们先引入概念：
3.1寄存器
寄存器是计算机内部的一种存储器件（例如：eax,ebx,ecx,edx等），用来暂时存储和处理CPU需要的数据、指令、地址等信息。寄存器通常被安置在CPU内部，是计算机中最快速的存储器，由于其与CPU处于同一芯片上，因此访问速度非常快。CPU在执行指令时，需要从主存中取出数据并在寄存器中进行计算和处理，然后再将结果存回主存。
esp与ebp
ebp和esp是x86架构CPU中的两个寄存器，它们都是用来管理栈的。
具体来说：
- ebp寄存器：也称为“帧指针寄存器”，用于存储当前函数栈帧的基地址（栈底）。在函数调用时，ebp寄存器的值会被压入栈中，然后被新的函数覆盖，以保留上一层函数的堆栈信息，以便函数返回时恢复上一层函数的堆栈状态。
- esp寄存器：也称为“栈指针寄存器”，用于指向栈顶的位置。在函数调用时，esp寄存器会被修改，以指向新的函数的栈帧，新的函数的参数、局部变量等都是通过esp寄存器进行操作。
也许你对寄存器的概念并不感兴趣，但是这段话的内容将会在本篇被进行生动的演绎和验证！
总之，ebp与esp寄存器中存放的是地址，是用来维护函数的栈帧的。
（四）演绎过程
4.1改变认识main函数
我们知道，函数在调用时，都会在内存的栈区开辟一块空间。
并且，栈区的使用惯例是——先使用高地址，再使用低地址！
在一般情况下，我们认为，C语言中的main函数是程序的入口，程序从main函数进入，然后按照逻辑从上向下一步一步执行指令代码。但是，在汇编层面上，主函数main实际上也是被调用的。
在程序执行时，操作系统会首先加载可执行文件到内存中，然后跳转到main函数的入口地址开始执行代码。
（VS2019被封装的比较严密，目前我没有在调用堆栈中找到调用main函数的函数，但是，它一定是存在的。在这里推荐大家使用版本较低的编译器，比如VS2013，在这样的编译器上，我们可以很容易发现汇编代码中调用main函数的函数）：
（VS2013的调用堆栈）
于是，在main函数之下其实已经有一些函数了：
于是，到这里我们知道，main函数与其他函数一样都是被调用的——我们的目的是观察函数栈帧的创建与销毁的过程，但是：
从 （调用main函数的函数）—> （main函数）的过程是比较复杂的，不太容易观察，所以我们在main函数内自己创建一个函数——Add函数，通过观察main函数内部 Add函数的 栈帧创建与销毁 的过程，来了解 函数栈帧创建与销毁 的一般过程。
4.2观察反汇编
在调试窗口打开反汇编：
我们可以看到这段C代码的汇编代码：
可是，它们是什么意思，是怎么操作的？
4.3汇编代码
我们先观察前几句汇编代码：
(图.1)
4.3.1栈的创建
（1.）push ebp ——就是把ebp压入栈中：
（其实，实际上是起一个记录的作用，在调用完main函数之后，main函数的栈帧被销毁，于是可以根据压入栈中的 ebp 的值，找到 调用main函数的函数 的栈底地址，也就是方便返回到 调用main函数的函数 中去）
（这个ebp的值实际上是 调用main函数的函数的栈底地址）
（由于 esp 是维护函数栈顶的，所以esp会向上移动4个字节）
于是：
我们可以观察esp存储地址的变化：
压栈前：
压栈后：
（2.）mov esp，ebp ——就是把 esp 的值赋给 ebp：
于是ebp与esp指向同一个位置：
（3.）sub esp,0E4h —— 将esp的值减去 0E4h：
(转化为16进制数字，就是228)
于是，esp向上移动了一段距离，而新的esp与ebp之间的内存，就是编译器为main函数预开辟的栈帧空间：
（4.）接下来，连续进行三次压栈操作：
push ebx
push esi
push edi
（每次压栈操作后，栈顶esp都会向上移动4字节）
（5.）lea edi,[ebp-FFFFFFF1ch（也就是0E4h）] —— lea 其实是加载有效地址（load effecitive address）
而 [ebp-FFFFFFF1ch（也就是0E4h）]就是mian函数的栈顶地址，并把它放在 edi 中去
（6.）mov ecx,39h ——将ecx赋值为39h
（7.）mov eax,0CCCCCCCCh ——将eax 赋值为0CCCCCCCCh
（8.）rep stos dword ptr es:[edi] —— 将从edi开始的ecx次（39h次）的dword（一个word为2字节，dword（双字）为4字节）都改成ecx（0CCCCCCCCh）的值；
具体效果，可以在调试窗口内存中查看：
也就是说，有很大一块空间被初始化为：cc cc cc cc
图示：
4.3.2执行指令（main函数）
接下来才真正开始执行我们编写的指令
图中
的
（9.）
由（图.1）这句代码的作用是在 ebp-8 的地址处 创建变量a
（ 下图的地址为：0x008FFB9C 的位置是变量a的位置）
图中
的
（10.）
由（图.1）这句代码的作用是在 ebp-14h 的地址处 创建变量b
图中
的
（11.）
由（图.1）这句代码的作用是在 ebp-20h 的地址处 创建变量c
至此，我们的栈帧实际图为：
演示图为：
4.3.3执行指令（main函数中调用Add函数）
接下来，程序将要调用执行下面的Add函数
（12.）
这时，你就对汇编代码有了一些读写能力了，这两句就是：
把 ebp-14h 的值放在eax里面 （其实 ebx-14h 位置存储的是局部变量b的值）
把eax压入栈中
（13.）
我们再次发现 ebp-8 处的值就是 局部变量 a的值，于是，这两句就是把a的值赋给ecx，并将ecx压入栈中。
其实，仔细想想我们会发现，12，13，两个操作就是函数的传参（实参向形参的传递），这也同时验证了——函数的形参其实就是实参的一份临时copy！（在后半篇会有更加生动的证明）
（14.）
接下来执行call（调用）指令，我们按F11进入函数内部，在进入函数内部后，我们通过内存
窗口看到在栈中压入了一陌生的值：
经过观察，我们发现这个值其实就是调用Add函数后的下一条指令的地址！！（从右相向左读）
如图：
也就是说，在栈顶压了一条地址，这个地址是call指令的下一条地址。
其实也很容易理解——当我们调用完Add函数后，程序需要再次回到主函数的下一条指令处！！
进入Add函数后：
我们发现前几条指令与主函数的栈帧的创建时相同的；
Add函数的汇编指令：
main函数的汇编指令：
于是，这里直接给出了前面相同指令执行后的演示图：
接下来执行:
在 ebp -8 的位置 创建 局部变量 z，并且将地址为 ebp+8 和地址为ebp+0ch 的值累加，最后将累加值赋值给 地址为ebp-8 的变量；
在这里，我们发现，
ebp+8 的位置不就是 a 的一份copy吗？（a的值传递给的形参）！！
ebp+0ch 的位置不就是 b 的一份copy吗？（b的值传递给的形参）！！
看图后，也许你会更加理解： 
4.3.4Add函数调用结束
接下来，Add函数调用就要结束了，
从这句汇编指令中，我们发现 将 ebp-8 的值赋给eax中，作为暂时保存。
（也就是将z的值赋给eax寄存器中）（这也就解释了为什么函数调用结束后为什么返回值没有被销毁，而是被完好无缺地返回）
4.4开始出栈
接下来的几条指令pop（弹出），就是出栈操作。
——依次从低地址到高地址依次弹出edi ，esi，ebx。
弹出：（一共三次）
将esp 赋给 ebp：（ebp 由低地址指向 高地址 ）（也就是返回，为Add函数栈的销毁做准备）
pop ebp：将main函数的ebp弹出，也就意味着ebp回到了原本main函数的栈底。
ret 其实就是弹出 call指令的下一条地址，并跳到call指令的下一条指令，于是Add函数的栈帧被完全销毁：
怎么知道的呢？
因为esp与ebp相互配合来维护一个函数栈帧，它们之间的维护的空间就是函数的栈。
接下来就是跟着主函数继续执行了，后面的过程水墨就不再分享了。
到这里，你对开篇的问题是不是都有答案了呢？
欢迎在评论区分享你的理解和答案
完
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