C语言超详细讲解函数栈帧的创建和销毁

2024-04-02 19:04:59 137人浏览安东尼

摘要

目录1、本节目标2、相关寄存器3、相关汇编指令4、什么是函数栈帧5、什么是调用堆栈6、函数栈帧的创建和销毁(1)、main函数栈帧的创建与初始化(2)、main函数的核心代码(3)、

1、本节目标

C语言绝命七连问，你能回答出几个？

局部变量是如何创建的？
为什么局部变量不初始化其内容是随机的？
有些时候屏幕上输出的"烫烫烫"是怎么来的？
函数调用时参数时如何传递的？传参的顺序是怎样的？
函数的形参和实参的关系是什么？
函数的返回值是如何带回的？
函数是怎样在栈区上开辟和释放空间的？

想要对上面的这六个问题做出准确深入的回答，我们需要学习函数栈帧的创建和销毁相关知识，在正式进入函数栈帧之前，我们还需要了解一些相关的寄存器和汇编指令。

2、相关寄存器

eax：通用寄存器，保留临时数据，常用于返回值。
ebx：通用寄存器，保留临时数据。
ebp：栈底寄存器，用来记录栈底的地址。
esp：栈顶寄存器，用来记录栈顶的地址。
eip：指令寄存器，保存当前指令的下一条指令的地址。

3、相关汇编指令

mov：数据转移指令。
sub：减法命令。
add：加法命令。
push：数据入栈，同时esp栈顶寄存器也要发生改变。
pop：数据弹出至指定位置，同时esp栈顶寄存器也要发生改变。
call：函数调用，1. 压入返回地址 2. 转入目标函数。
jump：通过修改eip，转入目标函数，进行调用。
lea：传递地址指令，用于加载有效地址。
ret：恢复返回地址，压入eip，类似pop eip命令。

4、什么是函数栈帧

函数栈帧（stack frame）就是函数调用过程中在程序的调用栈（call stack）所开辟的空间，这些空间是用来存放：

函数参数和函数返回值。
临时变量（包括函数的非静态的局部变量以及编译器自动生产的其他临时变量）。
保存上下文信息（包括在函数调用前后需要保持不变的寄存器）。

同时，每一次函数调用，编译器都会为该函数分配一块空间，而这块空间就被称为这个函数的函数栈帧；并且，这块空间是由两个寄存器来维护的：esp寄存器（记录栈顶的地址）和ebp寄存器（记录栈底的地址）。

5、什么是调用堆栈

函数调用堆栈是反馈函数调用逻辑的。我们以main函数的调用为例：

我们可以看到，mainCRTStartup调用__scrt_common_main，__scrt_common_main调用__scrt_common_main_seh，__scrt_common_main_seh调用_SCRT_STARTUP_MAIN，_SCRT_STARTUP_MAINmain，main调用Add。

6、函数栈帧的创建和销毁

我们以一段程序为例讲解函数栈帧：（注意：函数栈帧的创建和销毁过程，在不同的编译器上实现的方法和细节会有所差异，一般来说，越新的编译器对函数栈帧的封装就越严密，本次演示以VS2019为例。）

演示代码

#include<stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	int z = 0;
	z = x + y;
	return z;
}
int main()
{
	int a = 3;
	int b = 5;
	int ret = 0;
	ret = Add(a, b);
	printf("%d", ret);
	return 0;
}

(1)、main函数栈帧的创建与初始化

(2)、main函数的核心代码

(3)、Add函数的调用过程

F11进入Add函数内部，观察Add函数的反汇编代码

代码执行到Add函数的时候，就要开始创建Add函数的栈帧空间了。

在Add函数中创建栈帧的方法和在main函数中是相似的，在栈帧空间的大小上略有差异而已。

1. 将main函数的 ebp 压栈。

2. 计算新的 ebp 和 esp。

3. 将 ebx ， esi ， edi 寄存器的值保存。

4. 计算求和，在计算求和的时候，我们是通过 ebp 中的地址进行偏移访问到了函数调用前压栈进去的参数，这就是形参访问。

5. 将求出的和放在 eax 寄存器中准备带回。

(4)、Add函数栈帧的销毁

当函数调用要结束返回的时候，前面创建的函数栈帧也开始销毁，具体销毁过程如下：

(5)、调用完成

调用完Add函数，回到main函数的时候，继续往下执行，可以看到：

00BE185D add esp,8 esp直接+8，相当于跳过了main函数中压栈的a’和b’。

00BE1860 mov dWord ptr [ebp-20h],eax 将eax中值，存档到ebp-0x20的地址处，其实就是存储到main函数中ret变量中，而此时eax中就是Add函数中计算的x和y的和，可以看出来，本次函数的返回值是由eax寄存器带回来的。程序是在函数调用返回之后，在eax中去读取返回值的。