【C语言】函数栈帧的创建和毁销

悠悠 2023-10-13 23:37 16阅读 0赞

> 大家好，我是深鱼~

**目录**

一、寄存器

二、栈区

三、函数栈帧的创建

1.为main函数开辟栈帧

2.在main函数中创建变量

3.调用Add函数前的准备

4.为Add函数开辟栈帧

5.在Add函数中创建变量并运算

四、函数栈帧的销毁

6.Add函数栈帧的销毁

7.返回main函数栈帧

--------------------

**【前言】**前期学习的时候，我们可能有很多的困惑

比如：

> **·**局部变量是怎么创建的呢？
> 
> **·**为什么局部变量的值是随机值？
> 
> **·**函数是怎么传参的？传参的顺序是怎么样的？
> 
> **·**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？

知道了函数栈帧的创建和销毁这些问题就都可以解决了，学习这个知识其实就是修炼自己的内功，也能搞懂后期的更多知识

![ecdb547b630d40cd9fbe580809fbb099.jpeg][]

**【进入正题】：**

本部分讲解使用的环境是vs2013，因为越高级的编译器，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**

### 一、寄存器 ###

电脑中的任何指令都是在CPU上运行的，但是CPU本身只负责运算不负责存储，数据一般都存储在内存和寄存器（**存储最常见的数据**）

寄存器有eax，ebx，ecx，edx，还有本篇的重点ebp，esp

> **ebp（栈底指针），esp（栈顶指针）这2个寄存器中存放的是地址，这两个地址是用来维护函数栈帧的**

### 二、栈区 ###

> **每一个函数调用，都要在栈区创建一个空间**

那么什么是栈区呢？

内存四区模型：![1578514544ee4aa38d6f991ce99017d7.png][]

> 栈区stack：由**编译器自动分配和释放**，存放**函数的参数值**（形参和返回值），**局部变量**的值
> 
> 栈区的使用习惯是**先使用高地址，再使用低地址**，空间不断向上消耗，如果再使用空间，就需要在顶部放数据（栈顶），当函数调用时，**esp**维护的就是**栈顶**，**ebp**维护的就是**栈底**

![f05af1422f294698941bcbc48a295bfd.png][]

**【温馨提示】：**这里只是以main函数开辟的空间为例，esp，ebp不只是维护main函数，还有其他的函数

**【问】**：那么什么又是栈帧呢？

> 【栈帧】：利用寄存器访问局部变量，函数的参数值等的手段，**表示程序的函数调用记录**

**【补充】：**压栈和出栈是什么？

push：压栈：从栈顶上放入元素

pop：出栈：从栈顶上删除元素

### 三、函数栈帧的创建 ###

代码：为了更清晰地演示此过程，所以代码写的足够的细节

#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;
    }

按下F10进行逐过程调试，按F11下一步，然后打开调试-窗口-调用堆栈，随着我们一步一步地按F11逐语句调试，最后发现从return 0跳转到另一个界面，其实就是main函数的调用函数

![e34d74ff0b224ac6a3f89eee8e964147.png][] 其实**main（）函数**是被**\_tmainCRTStartup函数**调用，而**\_tmainCRTStartup函数**又是被**mainCRTStartup函数**调用的

接下来分步骤演示函数栈帧的创建和销毁的过程

#### 1.为main函数开辟栈帧 ####

![8257438477ec4bf6a4b247176b3fc063.png][]

**<0>在调用main函数之前**：esp和ebp分别在栈顶和栈底维护\_tmainCRTStartup函数

**<1>**：将ebp的值**压入栈**中，esp的值向低地址减小，指向esp的上端

**<2>**：将esp的值赋给ebp，两者同时指向esp

**<3>**：将esp减去0E4h并保存在esp中，即esp向低地址移动0E4h个字节（就是开始为main函数开辟空间）

**<4>**：将ebx，esi，edi的值分别**压入栈**中，注意每次压栈后，esp都会向低地址移动，最后sep就到达了edi的上方

**<5>**：将ebp减去0E4h的地址放到到edi中（lea：load effective address）

将39h放到ecx中去

将0CCCCCCCCh放到eax中去

**<6>**：将从edi（ebp-0E4h）开始的位置，重复39h次地向下（高地址方向）的内存赋值0CCCCCCCCh，每次赋值双字符（dword：double word）即四字节的空间（就是为main函数开辟的空间全部初始化为0CCCCCCCCh）

![1a1b4a0c7415c3dbd0e97feefb051722.gif][] 为main(）函数开辟栈帧

#### **2.在main函数中创建变量** ####

![e9cd431e4a5442f49301758ebaa4ff21.png][]

将初始化的值赋值给内存地址为【 】中的双字符空间

eg：int a=10:将0Ah（也就是初始化的值10）放到ebp-8为内存地址的空间

![main3][]

结果我们可以看到三个位置分别放入了变量并初始化了，从这里我们就可以知道为什么变量不初始化就是随机值了，因为初始化，变量里面就是0CCCCCCCCh，这个值是不确定的

![10e7756e5f7a48d5b8588cee3f9df244.png][]

#### **3.调用Add函数前的准备** ####

![257148485397496badca2691c3131ef1.png][]

**<1>传参b：**

（1）把地址为ebp-14h（b的地址）里面的数据（也就是**b**的值）赋给**eax**

（2）将eax的值（里面放的就是b的值20）压入栈中，esp向上（低地址）移动

**<2>传参a：**

（1）把地址为ebp-8（a的地址）里面的数据（也就是**a**的值）赋给**ecx**

（2）将ecx的值（里面放的就是a的值10）压入栈中，esp向上（低地址）移动

**【注意】**传参是从右往左传的

**<3>准备调用Add函数：**

（1）把call指令的下一条指令的地址压入栈中（这一步是为了调用完自定义函数后根据这个地址回到main函数去，并从这个地址向下执行），esp向上（低地址）移动

**【注意】**这个时候main函数的栈帧范围：栈顶esp已经到了这个地址，而栈底ebp还在下面

（2）程序进入到Add函数中去

![main5][]

####  **4.为Add函数开辟栈帧** ####

![b763d8d00e9944baa0e75947ed62ef45.png][]

这一步和为main函数开辟栈帧一样

**<1>:**将ebp的值压入栈中，esp向上（低地址）移动

**<2>:**将esp的值赋给ebp，两者同时指向esp

**<3>**：将esp减去0CCh并保存在esp中，即esp向低地址移动0CCh个字节（就是开始为Add函数开辟空间）

**<4>**：将ebx，esi，edi的值分别压入栈中，每次压栈后，esp都会向上（低地址）移动，最后sep就到达了edi的上方

**<5>**：将ebp减去0CCh的地址放到到edi中

将33h放到ecx中去

将0CCCCCCCCh放到eax中去

**<6>**：将从edi（ebp-0CCh）开始的位置，重复33h次地向下（高地址方向）的内存赋值0CCCCCCCCh，每次赋值双字符（四字节）的空间（就是为Add函数开辟的空间全部初始化为0CCCCCCCCh）

![b810b7ae32c44bedb0e406e06f1602c5.gif_pic_center][]

#### 5.在Add函数中创建变量并运算 ####

![5e9005e37ad54d3ea1e8251fb1e664d6.png][]

**<1>**创建变量z：将0（z初始化的值）放到ebp-8为内存地址的空间

**<2>**进行运算：

(1)将地址为ebp+8里面的数据（也就是a）放入eax

(2)将地址为ebp+12里面的数据（也就是b）加到eax（上次的10+这次的20=30）

(3)将eax放入地址为ebp-8里面（也就是z，让z=30）

**【注意】形参并不是在自定义函数里面创建的，而是回去找到调用函数之前压栈压进去值的地址**

**<3>**返回z：将地址为ebp-8里面的数据（也就是30）放入eax（让eax读取z的值，防止函数销毁以后拿不回z的值）

![Add2][]

### 四、函数栈帧的销毁 ###

#### 6.Add函数栈帧的销毁 ####

![9afcdd09d6b94f98b851cdcb82fdfac9.png][]

<1>出栈：edi，esi，ebx分别弹出栈区，每一次出栈esp都向下（高地址）移动

<2>Add函数回收：将ebp的值赋给esp，add函数的栈就没了

<3>将栈顶main函数的ebp弹出，ebp直接回到了main函数的ebp，同时esp向下（高地址）移动4字节

<4>返回ret，程序自动返回刚才call指令的下一行，读完地址，esp又向下（高地址）移动4个字节

![7b54132e870c6aa47737d87094fe7519.gif][]

#### 7.返回main函数栈帧 ####

![3008627a2de24eb0b2d27b0eedd68ef8.png][]

<1>形参x，y空间销毁：esp+8即esp向下（高地址）移动8字节，将形参x，y空间也还给操作系统

<2>把计算结果给c：把eax（Add求和的结果）的值放到以ebp-20h（c的地址）为地址的空间中

main函数的销毁和Add函数差不多，下面就不做过多的阐述

**【总结】**

以上就是函数栈帧的创建和销毁，可以看到这个过程非常的严谨，非常的奇妙

看到这里相信大家对前面提出的问题都已经有了答案，有些地方还是挺难理解的，有问题欢迎评论区或者私信交流，觉得笔者写的还可以，或者自己有些许收获的，麻烦铁汁们动动小手，给俺来个一键三连，万分感谢 ![ba5f9c2ee7734050bb9ececf8e4e1c3a.jpeg][]

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