函数栈帧的创建与销毁

目录

引言

基础知识

内存模型  ​

寄存器的种类与功能

常用的汇编指令

函数栈帧创建与销毁

main()函数栈帧的创建

NO1. 

NO2.

NO3. 

NO4.

NO5. 

NO6.

main()函数栈帧变量的创建

调用Add()函数栈帧的预备工作——传参

NO1.

NO2.

NO3. 

Add()函数栈帧的创建

Add()函数栈帧变量的创建并运算

NO1.

NO2.

NO3. 

NO4. ​

Add()函数栈帧的销毁 ​

NO1. ​

NO2. ​

NO3. ​

返回main()函数栈帧

问题

NO1.

NO2.

NO3.

---

引言

在前期学习当中，我们可能会有很多困惑？比如

• 局部变量是怎么创建的？
• 为什么局部变量的值是随机？
• 函数是怎么传参的？传参的顺序是怎样的？
• 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？

建议大家在观察函数栈帧创建与销毁时，使用的环境不需要太高级的编译器，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。 

基础知识

电脑中的任何指令都在CPU上运行，但CPU只负责运算不负责存储。

数据都存储在寄存器，缓存和内存中。

想了解函数栈帧的创建和销毁我们就需要了解到：内存模型，寄存器，常用汇编指令。

那关于寄存器和缓存等之间的关系，会在后面的博文讲解到。 

内存模型  

 这只是一个大致的介绍，后面博文我们也会详细去介绍到内存模型。

寄存器的种类与功能

 在我们的函数栈帧创建与销毁。我们重点使用到ESP和EBP。

• ESP(esp):栈指针寄存器（extended stack pointer）。栈顶指针，堆栈的顶部是地址小的区域，压入堆栈的数据越多，esp也就越来越小。在32位平台上，esp每次减少4个字节。其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的栈顶。是CPU机制决定的，push,pop等指令会自动调整esp的值。
• EBP(ebp):基址指针，指栈的栈底指针。基址指针寄存器（extended base pointer)。一般与esp配合使用，可以存取某时刻的esp，这个时候就是进入一个函数内后，CPU会将esp的值赋给ebp，此时刻就可以通过ebp对栈进行操作。比如获取函数参数，局部变量等。其内存放一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的底部。

• esp和ebp这两个寄存器放置的是地址，这两个地址是用来维护函数栈帧的。每个函数调用，都需要在栈区创建一个空间。当正在调用某函数时，esp和ebp就维护这个函数栈帧的空间。
• 栈区使用：从高地址向低地址消耗/使用。

常用的汇编指令

这里我们只讲解几个我们函数栈帧创建等的汇编指令

函数栈帧创建与销毁

了解了上面的基础知识，我们先大致来看下函数栈帧怎样创建与销毁 。

首先我们有想过一个问题吗？就是main()函数也是函数，那也是被哪个函数调用的吗？

当然。在VS2013中，main()函数也是被其他函数调用的。

接下来我们进入正题，函数栈帧的创建与销毁。示例代码：

//函数栈帧创建与销毁
#include<stdio.h>
int Add(int x, int y)
{int z = 0;z = x + y;return z;
}
int main()
{int a = 20;int b = 10;int c = 0;c= Add(a, b);printf("%d\n", c);return 0;
}
//为了细致全方面去观察函数栈帧的创建与销毁，所以把代码拆分的很细
//F10调试-----→转到反汇编
//转到汇编语言去观察时记得把符号名去掉，更易观察

main()函数栈帧的创建

NO1. 

首先我们知道关于此时此时栈区_tmainCRTStartup()函数被调用了,接下来它需要调用main() 

 PUSH 把字压入堆栈。

 先将ebp的值这个空间大小放置到栈区新开辟的栈帧中。

 再将esp向上移动到ebp的栈顶的位置。

(esp的值减少4个字节，值减少了ebp这么多的空间大小）

首先esp的值减少4个字节，再将ebp的值压入栈中。

 NO2.

 MOV 传送字或字节。

 将esp的值赋给ebp。这里并不是将esp所指向内存空间的值赋给ebp。

NO3. 

 SUB 减法.

 将esp-0E4H（228）即将esp指针向低地址方向移动0E4H字节。

NO4.

此刻我们发现mian()函数有自己栈区所欲开辟的新空间，那接下来？ 

•  首先将esp的值减少4个字节，再将ebx的值压入栈中。
•  首先将esp的值减少4个字节，再将esi的值压入栈中。
•  首先将esp的值减少4个字节，再将edi的值压入栈中。

（不确定顺序先后？）

NO5. 

LEA(lea):load加载。 load effective address

把[ebp-0E4h]这么多的空间大小放到edi里面去。

NO6.

以上四段汇编代码的意思是：

从edi这个位置向下的39h 这么多的空间大小的双字节dword（4个字节）全部放置为0CCCCCCCCh 这样的内容。

每一次初始化dword，共初始化19h次。

main()函数栈帧变量的创建

  MOV 传送字或字节。

  把0AH（10）的值赋给 地址为[ebp-8] 的双字节空间

  把14h（20）的值赋给 地址为[ebp-14h] 的双字节空间

  把0的值赋给 地址为[ebp-20h] 的双字节空间  

那如果没有初始化呢？

 那么abc的位置就会被初始化为CCCCCCCC随机值。打印abc的时候也就是随机值。

调用Add()函数栈帧的预备工作——传参

NO1.

MOV PUSH 

• 将地址为[ebp-14h] 双字节空间大小 的值赋给eax
• 将esp的值减少4个字节，将eax压栈到栈中

NO2.

 MOV PUSH

• 将地址为[ebp-8]双字节空间大小 的值赋给ecx
• 将esp的值减少4个字节，将ecx压栈到栈中

NO3. 

CALL

• 先esp的值减少4个字节，再将下一条指令的IP（00921A30）压入栈中。
• F11之后，移动到调用的Add()函数的子程序里。

Add()函数栈帧的创建

现在我们正式进入Add函数。首先和main()函数栈帧一样，我们需要在栈区开辟一块新的空间。因为在前面我们详细的讲解了main()函数栈帧的创建，这里大家可以先自己动小脑瓜子想想，画一画过程图，再看最后结果。 

• 将ebp的值压入栈中，esp减少4个字节。
• 将esp的值赋给ebp，这里并不是将esp所指向的内存空间的值赋给ebp。
• 将esp-0CCh，即esp向上移动0CCh的空间大小。
• 将ebx压入栈中，esp的值减少4个字节。
• 将esi压入栈中，esp的值减少4个字节。
• 将edi压入栈中，esp的值减少4个字节。
• 从edi向下33h的双字节空间大小全部初始化为0CCCCCCCCh，每一次初始化dword双字节大小，共初始化33h次。

Add()函数栈帧变量的创建并运算

NO1.

 MOV

 将0的值赋给内存地址为[ebp-8]的双字节空间。

  

NO2.

MOV

将内存地址[ebp+8] 的双字节空间数据内容 赋给eax。

ADD

将内存地址[ebp+0Ch] 的双字节空间数据内容 加上eax的值 再赋给eax。

NO3. 

 MOV

将eax寄存器道德数据内容 赋给内存地址为[ebp-8]的双字节空间。

NO4. 

MOV

将内存地址为[ebp-8]的双字节空间大小中的数据，赋给eax。

Add()函数栈帧的销毁 

NO1. 

 POP

• 先将esp所指的地址处的值赋给edi，esp值增加4个字节。
• 先将esp所指的地址处的值赋给esi，esp值增加4个字节。
• 先将esp所指的地址处的值赋给ebx，esp值增加4个字节。

NO2. 

MOV

将ebp的值赋给esp，这里并不是将ebp所指向的内存空间的值赋给esp

POP

将ebp弹回到原来main()函数栈帧的栈底位置，esp增加4个字节（esp来到ebp的栈顶位置）

NO3. 

RET

执行完这条命令，就自动返回刚才call指令的下一条。

返回main()函数栈帧

 之后的main()函数栈帧的销毁和Add()函数栈帧的销毁同理，所以我们就不再讲解了。 

问题

NO1.

为什么将call指令的下一条指令的地址压入栈帧中？

 确保我们调用完Add（）函数后，返回main()函数栈帧时能回到call函数的下一条指令执行。

NO2.

为什么将main()函数栈帧的栈底地址ebp压入栈顶？ 

为了当函数调用返回时，esp和ebp都回到原来维护main()函数栈帧的位置。 

NO3.

为什么说形参是实参的一份临时拷贝？

还没有调用Add（）函数的时候，已经将参数ab传递过去了，在函数栈帧中已经为ab创建了一块空间，在使用xy的时候，返回这里使用即可。所以我们并没有在Add（）函数中为xy创建空间。 

✔✔✔✔✔最后，感谢大家的阅读，若有错误和不足，欢迎指正！

接下来的博文会更新一些练习题，到实践中去加深对知识的理解。🙂🙂🙂

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