【函数栈帧的创建和销毁】 -- 神仙级别底层原理，你学会了吗？

1.函数的调用方式

2.函数在栈区上的动作

1.函数的调用方式

相信你对调用函数一点都不陌生，但是在调用函数的过程中，却存在着很多你无法见到的东西，这是底层信息，想要理解透彻，就得深入底层去观察。

本文以一个最简单的加法函数为例，深入讲解内存空间中的每一条指令。

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

这是源码，以该源码为例。

首先，我们进入调式

按如下图所示进行操作。

转到反汇编后，开始观察每一条代码的执行指令，在开始之前，先提出几个常见的问题：

1.局部变量是怎么创建的？
2.局部变量未初始化为什么是随机的？
3.函数是怎么传参的？传参的顺序是怎么样的？
4.形参和实参是什么关系？
5.函数的调用是怎么做的？
6.函数调用结束后是怎么返回的？

以上问题，都会通过下面的函数栈帧一一为你解答。

以下的讲解都是以低地址处在相对高的位置，高地址在相对低的位置，如下图：

记住，每一个函数的调用，都会在栈区开辟一块内存空间。

栈空间的使用习惯是：从高地址向低地址使用。

我们在main函数被调用时，会在栈区开辟一块内存空间，如下图：
实际上，main函数也是被其他函数调用的，所以，在main函数开辟栈空间之前，一定会先开辟调用main函数的函数的栈空间。
在VS2019的环境下：

通过调用堆栈我们可以看到，main函数是被一个叫做invoke_main的函数调用的，
而该函数又是被一个叫做main_result 的函数调用的

这样逐层调用下去。所以，main函数也是被编译器中的其他函数调用的。

具体的函数调用多少，取决于不同的编译器实现。

所以，调用main函数的函数先在栈区开辟一块空间。

2.函数在栈区上的动作

首先，回到反汇编代码中，

在执行第一条 int a = 10语句之前，有许许多多的反汇编代码。
先看第一条：
ebp是一个寄存器，push ebp，是将寄存器压栈，压入栈空间的顶部。
那么寄存器是什么呢？压栈是什么呢？

先看下图：

在栈空间中，一块函数栈空间是由寄存器来维护和使用的。

两个不同的寄存器足以维护它们之间的栈空间，并且寄存器和函数地址是毫不相干的，寄存器是一个真实存在的东西，任何代码任何地方都可以使用它。

在main函数的栈空间中，使用的方式是从栈顶往栈底压栈的，所以ebp和esp两个寄存器可以形象地称为栈底指针和栈顶指针。

在执行了第一条汇编指令后，ebp寄存器中的值就被压到了调用main函数的函数的栈空间顶部。

不是ebp本身被压栈，ebp寄存器是个真实存在的东西，不可能会被真的压栈，压栈压得是ebp存放的值。

我们查看寄存器的值发现，ebp的值存放的是一个地址，该地址就是上图中的栈底指针所指向的那个地方的地址：
如下图：

而在压栈结束后，esp这个寄存器指向的地址会往上走，也就是会往低地址处走，因为它是栈顶指针。
如下图：

我们可以验证一下：

esp的值从0x00D0FADC变成了0x00D0FAD8

证实了上述的动作。

可能你会有个疑问：将ebp压栈有什么用呢？

将ebp压栈是为了记录ebp和esp最开始维护的栈空间的地址，以后ebp被调用到其他地方的时候，栈空间的地址仍然被记录，很有效的防止栈空间丢失的现象。

在执行完第一条汇编语句后，接下来执行第二条汇编语句：

该汇编语句的意思是： 将esp的值move 到ebp ，也就是把esp的值赋给ebp。
也就是说，ebp此时指向了esp指向的地址：如下图：

此时ebp和esp都指向了同一个位置，

执行第二个语句后，esp和ebp存放的值相同了。

前面我们讲过，一块栈空间是由两个寄存器来维护的，现在两个寄存器都指向了同一个位置，那之前的空间不会丢失了吗？

这就回答了第一个汇编语句：将ebp压栈的作用，此时已经记录了ebp和esp在最开始所维护的空间的地址，保证开辟的栈空间不会被忘记。

接下来执行第三条汇编语句：

这条语句的意思是：将esp存放的值减去0E4h， sub就是减法的意思。 0E4h其实是一个16进制数字，只是方便编译器识别而这样设计的，具体这个值是多少我们可以看一下，不过不需要去了解，这是为编译器使用的。

esp的值减去一个值，结果当然会更小，所以esp会往上走，因为低地址是在上方，所以esp会走到上面的某一个区域。如下图：

可以验证一下：esp存放的值现在是0x00D0FAD8，执行了该汇编指令后，esp的值是：0x00D0F9F4，明显小于之前的，所以证实了esp往低地址走了。

接下来执行第四条汇编指令：

ebx也是一个寄存器，该汇编指令就是把ebx压栈。如下图：

那么在执行完压栈操作后，esp又会往上走一走，

执行来看一下：

esp存的地址的的确确又往低地址处走了，之前是F4,现在是F0(地址的后两位)，也就是走了4个字节。
那么，介于ebp和esp的那么大一块的空间是干嘛的呢？

下面的汇编指令会给你解答。

接下来继续执行两条压栈的汇编指令

依然是将edi这个寄存器的值压栈，

随后执行的汇编指令是：

先看第一个：lea的意思是 load effective address ，加载有效地址，
将ebp-24h的值加载到edi中，ebp的值是一个地址，ebp-24h依然是一个地址。
接下来是mov ecx 9，也就是将9赋值给ecx寄存器。
然后是将0CCCCCCCCh 赋给eax这个寄存器。
这三条语句是为下面这条语句做铺垫的，真正起作用的也是这条语句：

dword的意思是double word，word是字，单词的意思，dword就是两个字，两个单词， 一个字是两个字节，那两个字就是四个字节。
该语句的意思是：

将从edi开始的9个数量的地址全部改成0CCCCCCCCh。

多读几遍，你就读懂了，接下来验证一下：

执行该汇编代码之后，情况是这样的：

把刚才那块空间全部复制成cccccccc，现在可以解释上面的问题了：这块空间就是专门为main函数开辟的。

接下来执行的汇编语句（黄色箭头）易于理解，把0AC003H这个值存入到ecx寄存器中。

真正厉害的是接下来红色箭头指向的这一条汇编语句，请注意，在执行call指令的同时，
call指令会自动把下一条汇编代码的地址进行压栈！ 如下图所示：

call指令在执行的同时就会做这件事情，把call指令的下一条指令的地址进行压栈！

那么这件事情到底有什么作用呢？
这里先把问题放这里

接下来我们按F11，

似乎此时发现了新大陆！

我们可能看不懂那些代码是什么意思，没关系，这不重要。

重要的是刚刚说的一句话:call指令在执行的时候会把它的下一条汇编指令的地址先进行压栈！

回到call指令那个地方

这里的调用指令，似乎可以理解成call指令调用内存区的已经建立好的函数。

再次点击F11，可以看到确确实实是在调用内存中已经建立好的函数。

在众多汇编代码中，真正重要的是这一句代码，与刚才的call指令形成一致，在ret就是return的意思，执行完这一句汇编代码之后，一定会出现的事情是：返回到call的下一条指令处。

点击F11,，可以看到真的回到了call的下一条指令的位置。
这就是代码的严谨的地方，不仅能出去调用函数，还会记住原来的位置并且回来。

接下来就是把a的值存入内存中：

看这两个地方，在执行了这条汇编代码之后，a被存入内存中了。

接下来就存b，然后接下来，就是在为Add函数的调用做准备工作了。

首先push ebp，对ebp寄存器进行压栈操作，为什么压栈前面已经讲过，压栈就是为了我们在开辟栈空间的时候，为了有效地记录栈空间的栈底地址而进行的操作。

与main函数的开辟如出一辙，接下来就是把esp的值给ebp，其实就相当于把ebp移动到esp的位置。

注意：在移动之前，进行的压栈操作，就是为了记录栈底空间的地址，以后调用函数结束后返回时可以找到该地址。

在main函数调用的时候也进行了压栈的操作。这些过程是相当严谨的。

接下来就是把esp的值-0CCh，就是为Add函数开辟了一块空间。

Add函数调用完成后，最重要的工作来了，如何销毁栈空间？

是这样销毁的：

pop有删除的意思，在这里是把edi弹出栈空间，然后再把edi的值赋给edi，总的来说就是弹出寄存器。

前面三个均是如此，但是最后一个弹出ebp，不知你是否还记得，我们在创建main函数和Add函数的时候，先是对ebp寄存器进行压栈的！
所以压栈的作用在这里就凸显出来了：

在弹出ebp寄存器的之后，会把ebp寄存器里面的值交给ebp。

也就是说：弹出ebp之后，ebp又记录了当时存在那个地方的值。

所以ebp就回到了之前存的栈底位置的地址。

这样Add函数的销毁就完成了。

因为一块函数栈帧空间，是由两个寄存器共同维护的。现在寄存器esp回去了，那么这块栈帧空间就会归还给操作系统。

同理，对于main函数也是如此。

总结：
每一次函数的调用，都会在栈区开辟一块空间，这块空间是为调用函数准备的，而在开辟的过程中，存在着许许多多的细节，动作，来保证整个过程的严谨性。
在创建栈帧的同时也考虑到调用完函数之后销毁的过程，整个逻辑是很清晰的。

阅读汇编代码，了解汇编指令在函数调用时发挥的作用对我们的帮助是很大的，相当于我们在修炼内功。