调用一个函数时发生了什么？

欢迎来到 Claffic 的博客 💞💞💞 

前言：

用C语言写代码，如果一个工程相对复杂时，我们往往会采取封装函数的方式。在主函数中调用函数 这一看似简单的过程，实际上有很多不宜观察的细节，这篇博客我将带大家深入探究函数调用的每个细节。

注：

内容偏向底层原理，可能会比较复杂，但我相信看完后你会对函数调用有一个更加深刻的认识。

---

目录

💖Part1: 相关问题及概念铺垫

1.几个相关问题

2.寄存器

3.函数栈帧

4.函数调用栈

5.相关汇编指令

💗Part2: 函数栈帧的创建销毁具体过程

1.前期准备

2. main 函数预开辟栈帧

3.实参的创建和初始化

4.Add函数的调用

5.栈帧的销毁

❤️Part3: 问题答案揭晓

---

Part1: 相关问题及概念铺垫

1.几个相关问题

 • 局部变量是怎么创建的？

 • 为何局部变量出现屯屯烫烫等随机值？

 • 函数是怎么传参的？传参的顺序？

 • 实参和形参有何关系？

 • 函数调用的过程？

 • 函数调用结束，怎么返回？

如果没有进行函数栈帧的学习，我相信你也会像我当初一样懵逼🤣

好在接下来我会带大家逐步分析每一个过程，了解完整个过程后就会豁然开朗~

2.寄存器

寄存器是 CPU 内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。

常见的寄存器有：

eax: 累加(Accumulator)寄存器 , 常用于乘、除法和函数返回值

ebx: 基址(Base)寄存器 , 常做内存数据的指针, 或者说常以它为基址来访问内存

ecx: 计数器(Counter)寄存器 , 常做字符串和循环操作中的计数器

edx: 数据(Data)寄存器 , 常用于乘、除法和 I/O 指针

sbp: 基址指针(Base Point)寄存器 , 只做堆栈指针, 可以访问堆栈内任意地址, 经常用于中转           esp 中的数据

esp: 堆栈指针(Stack Point)寄存器 , 只做堆栈的栈顶指针; 不能用于算术运算与数据传送

有关函数栈帧的是 ebp , esp 这两个寄存器，其中存放的是地址，

这两个寄存器是用来 维护函数栈帧 的。

3.函数栈帧

C语言中，每个栈帧对应着一个未运行完的函数。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量。

每一个函数调用，都要在 栈区 开辟一段空间。

例如，我写下这一段代码：

#include<stdio.h>
//这里把代码拆的很细，更加易于看清细节。
int Add(int x, int y)
{int 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;
}

 main 函数中调用了 Add 函数。

如图所示，在栈区为 main 函数开辟了一段空间，并且由 ebp 和 esp 这两个寄存器维护。

4.函数调用栈

函数调用栈是一种容器，具有后进先出的特性。在函数调用过程中，我们利用了栈的特性，当调用一个新的函数时，进行压栈Push，这个函数执行完进行出栈Pop。

简单来说，当有函数被调用时，该函数就被添加到栈中，在执行完所有任务后，该栈帧就会被删除。 

这时就要问了：main 函数也是函数，难道还有其他函数调用它吗？

是的，main 函数也是其他函数调用的，不过这在 Visual Studio 2013 中有体现。

下面我以 VS2013 演示：

调试 --> 窗口 --> 调用堆栈 

此时可以看到 main 函数被调用了：

 

按 F10 继续调试，直到程序结束：

此时看到了两个陌生的函数：

__tmainCRTStartup 和 mainCRTStartup

通过对 crtexe.c 文件的观察，我们可以得出下列结论：

对应栈帧的开辟：

5.相关汇编指令

我们是在反汇编的模式下观察函数栈帧的动作的，因此需要一些汇编指令： 

push：数据压入栈
pop：数据弹出栈

mov：数据转移

add：加法命令

sub：减法命令
call：函数调用
jump：转到目标函数，进行调用
ret：恢复返回地址

进行了相关知识的铺垫， 

那么接下来就是对具体动作的探究了：

Part2: 函数栈帧的创建销毁具体过程

1.前期准备

F10 调试 --> 鼠标右键 --> 转到汇编

在反汇编下可以清楚地观察函数栈帧的动作

2. main 函数预开辟栈帧

由于 main 函数是由其他函数调用的，所以在调用 main 函数之前就已经开辟好了相关函数的栈帧

00C21410  push  ebp       //将ebp压入
00C21411  mov   ebp,esp   //移动esp，让其指向压入的ebp;移动ebp，让其也指向压入的ebp
00C21413  sub   esp, 0E4h //esp减去0E4h，指向位置更低的空间，相当于为main函数预开辟空间

 执行完三步后的图示

//依次将ebx,esi,edi压入栈帧
00C21419  push  ebx
00C2141A  push  esi
00C2141B  push  edi//从edi开始，将接下来39h个双字节都改为 OCCCCCCCCh(eax中的内容)
00C2141C  lea  edi, [ebp+FFFFFF1Ch]
00C21422  mov  ecx, 39h
00C21427  mov  eax, OCCCCCCCCh
00C2142C  rep  stos  dword ptr es:[edi]

在 main 函数预开辟之后，接下来就要执行有效的代码了：

3.实参的创建和初始化

我们继续：

int a = 10;
//将0A(十进制下是 10)放在 ebp-8 的位置上
00C2142E C7 45 F8 0A 00 00 00 mov dword ptr [ebp-8], 0Ah
int b = 20;
//将14(十进制下是 20)放在 ebp-14 的位置上
00C21435 C7 45 EC 14 00 00 00 mov dword ptr [ebp-14h], 14h
int c = 0;
//将0(十进制下是 0)放在 qbe-20 的位置上
00C2143C C7 45 E0 00 00 00 00 mov dword ptr [qbe 20], 0

 执行实参的创建和初始化

4.Add函数的调用

C = Add(a, b);
//创建形参并传值
00C21443 8B 45 EC         mov eax, dword ptr [ebp-14h]
00C21446 50               push eax
00C21447 8B 4D F8         mov ecx, dword ptr [ebp-8]
00C2144A 51 push          ecx
//调用函数，记录call下一次指令的地址，方便返回
00C2144B E8 91 FC FF FF   call 00C210E1
00C21450 83 C4 08         add esp,8
00C21453 89 45 E0         mov dword ptr [ebp- 20h], eax

此时才真正进入Add：

欸？是不是与之前 main 函数的调用有些相似？

对的，还是先压几个寄存器，再填充CCC...

接下来的就是把事先传过来的形参进行运算：

调用了数值之后将要返回的结果放入Add函数的栈帧中。

5.栈帧的销毁

//将 edi,esi,ebx 弹出
00C213F1 5F        pop   edi
00C213F2 5E        pop   esi
00C213F3 5B        pop   ebx
//移动 esp,ebp,找到高地址的寄存器
00C213F4 8B E5     mov   esp,ebp
00C213F6 5D        pop   ebp
//返回值
00C213F7 C3        ret

最终就把Add函数的栈帧销毁了。

Part3: 问题答案揭晓

回到开头的几个问题，在这里做一下回答：

 • 局部变量是怎么创建的？

先创建函数的栈帧，在函数栈帧里为局部变量分配空间。 

 • 为何局部变量出现屯屯烫烫等随机值？

在创建函数栈帧时会事先填充CCC...，打印出来就是 屯屯烫烫等随机值了，所以要养成局部变量初始化的习惯。

 • 函数是怎么传参的？

在调用函数之前就把参数压栈了，当函数中使用参数时，再通过指针偏移量找到事先压好的参数 

 • 实参和形参有何关系？

形参是实参的临时拷贝，两者的空间独立，形参的改变不会改变实参。 

 • 函数调用的过程？

压栈，创建空间...

 • 函数调用结束，怎么返回？

call 事先记录了下一条指令的地址，可以找到此位置，再通过寄存器带回。 

---

总结：

带大家探究了调用函数时的细节，重点是函数栈帧的创建和销毁。

码文不易 

如果你觉得这篇文章还不错并且对你有帮助，不妨支持一波哦  💗💗💗