函数栈帧(详解)

一、前言：

环境：X86+Vs2013

我们C语言学习过程中是否遇到过如下问题或者疑惑：

1、局部变量是如何创建的？

2、为什么局部变量的值是随机值？

3、函数是怎么传参的？传参的顺序是怎样的？

4、形参和实参是什么关系？

5、函数调用是怎么做的？

6、函数调用完后怎么返回的？

看完这篇关于函数栈帧的博客，我相信你对这些问题会有一些进一步的理解，希望能帮助你解决一些学习中的困惑。

二、预备知识了解

2.1、寄存器的种类和作用

eax	累加寄存器，相对于其他寄存器，在运算方面比较常用。
ebx	基地址寄存器，在内存寻址时存放基地址。
ecx	计数寄存器，用于循环操作，比如重复的字符存储操作，或者数字统计。
edx	作为EAX的溢出寄存器，总是被用来放整数除法产生的余数。
esi	变址寄存器，主要用于存放存储单元在段内的偏移量。通常在内存操作指令中作为“源地址指针”使用
edi	目的变址寄存器，主要用于存放存储单元在段内的偏移量。
eip	控制寄存器，存储CPU下次所执行的指令地址（存放指令偏移地址）。
esp	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字节。栈指针寄存器(extended stack pointer)，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指令会自动调整esp的值。
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，这个时刻就是进入一个函数内后，CPU会将esp的值赋给ebp，此时就可以通过ebp对栈进行操作，比如获取函数参数，局部变量等。其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的底部。

2.2、汇编指令

1、push:在栈的顶端开辟地址并存放变量，然后减少esp的值，32位机器上esp每次减少4个字节，64位机器上esp每次减少8字节。

2、pop:在栈顶端去掉一个地址，然后增加esp的值，2位机器上esp每次增加4个字节，64位机器上esp每次增加8字节。

3、mov:用于将一个数据的源地址传送到目标地址，原操作地址不变。将esp值赋给ebp。

4、sub:从寄存器上减去<shifter_operand>表示的数值，并将结果保存到寄存器上。

5、lea（load effective address）:将一个内存地址直接付给目标的操作数。

6、rep(repeat):引发字符串指令被重复使用。

7、stos(store string):将exc的值拷贝到es:[edi]指向的地址。

8、call:将程序下一条指令的位置的IP压入堆栈，并调用的子程序。

9、jmp:跳转指令。

10、add:将两个数相加，结果写入第一个数中。

11、ret:终止函数执行，当前栈帧所开辟的空间收回。

2.3、例子

为了能够看清楚全部细节，我们把函数写的尽量细一点。

#include <stdio.h>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;
}

汇编码

int main() {
002718A0  push        ebp  
002718A1  mov         ebp,esp  
002718A3  sub         esp,0E4h  
002718A9  push        ebx  
002718AA  push        esi  
002718AB  push        edi  
002718AC  lea         edi,[ebp-24h]  
002718AF  mov         ecx,9  
002718B4  mov         eax,0CCCCCCCCh  
002718B9  rep stos    dword ptr es:[edi]  
002718BB  mov         ecx,27C003h  
002718C0  call        0027131B  int a = 10;
002718C5  mov         dword ptr [ebp-8],0Ah  int b = 20;
002718CC  mov         dword ptr [ebp-14h],14h  int c = 0;
002718D3  mov         dword ptr [ebp-20h],0  c = Add(a, b);
002718DA  mov         eax,dword ptr [ebp-14h]  
002718DD  push        eax  
002718DE  mov         ecx,dword ptr [ebp-8]  
002718E1  push        ecx  
002718E2  call        002710B4  
002718E7  add         esp,8  
002718EA  mov         dword ptr [ebp-20h],eax  printf("%d", c);
002718ED  mov         eax,dword ptr [ebp-20h]  
002718F0  push        eax  
002718F1  push        277B30h  
002718F6  call        002710D2  
002718FB  add         esp,8  return 0;
002718FE  xor         eax,eax  
}
00271900  pop         edi  
00271901  pop         esi  
00271902  pop         ebx  
00271903  add         esp,0E4h  
00271909  cmp         ebp,esp  
0027190B  call        00271244  
00271910  mov         esp,ebp  
00271912  pop         ebp  
00271913  ret  

2.4、内存模型

在栈区创建函数栈帧

三、栈帧的创建

按下F10，在视图中打开调用堆栈窗口，我们发现main()函数被调用了。

那么main()函数被谁调用调用了呢？

当我们调试到 return 0 之后；再按F10，我们发现程序跳转到了调用main()函数的函数内，

原来main()函数是被__tmainCRTStartup函数调用的，而 __tmainCRTStartup又是被mainCRTStartup调用的。

3.1、为main函数开辟栈帧

 3.2、在main函数中创建变量

3.3、调用add函数前做准备

函数传参从右向左

 3.4、为add函数开辟栈帧

 3.5、Add()函数中创建变量并运算

形参是实参的一份临时拷贝

四、函数栈帧的销毁

4.1、Add()栈帧的销毁

过程一：pop    edi / esi / ebx

过程二：mov    esp, ebp 】

过程三：pop ebp】

过程四：ret】

过程五：mov     dword ptr [ebp-20h]，eax】

4.2、返回main()函数栈帧

可以看到这里返回到了(3.3调用Add()函数前的准备)，最后指令call的下一条指令。

之后的过程还很复杂，这里就不详细展示了。

五、总结：

对此我们对刚开始的问题是不是有了一点柳暗花明的感觉。

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。

友情提示：

不要使用太高级的编译器，越高级的编译器，越不容易学习和观察。

这篇博客有很多不足的地方，希望大家及时指出来！！！