C语言函数的栈帧详解
一、栈
简单来说栈的主要特点有：
一个限定表尾进行删除（出栈）和插入（入栈）操作的线性表，其过程类似与压子弹与退子弹（后进先出）。 一个由系统自动分配的内存空间，譬如调用函数、创建临时变量时内存空间的创建与销毁。 用于存储函数内部的局部变量、方法调用、函数传参数值等。 由高地址向低地址生长。
二、常用寄存器及简单汇编指令
寄存器 | 用途 |
|---|---|
EAX | 累加寄存器：用于乘除法、函数返回值 |
EBX | 用于存放内存数据指针 |
ECX | 计数器 |
EDX | 用于乘除法、IO指针 |
ESI | 源索引寄存器，存放源字符串指针 |
EDI | 目标索引寄存器，存放目标字符串指针 |
ESP | 存放栈顶指针 |
EBP | 存放栈底指针 |
汇编指令 | 用途 |
|---|---|
mov | mov A,B 将数据B移动到A |
push | 压栈 |
pop | 出栈 |
call | 函数调用 |
add | 加法 |
sub | 减法 |
rep | 重复 |
lea | 加载有效地址 |
三、理解栈帧
首先，什么是栈帧？引用百度百科：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。从这句话中，可以提炼以下几点信息：
- 栈帧是一块因函数运行而临时开辟的空间。
- 每调用一次函数便会创建一个独立栈帧。
- 栈帧中存放的是函数中的必要信息，如局部变量、函数传参、返回值等。
- 当函数运行完毕栈帧将会销毁。
下面进入主题，图解函数栈帧的创建与销毁过程。
3.1 main函数栈帧创建
根据VS2013编译器调试，调用堆栈，不难发现main函数的调用链条如下：
很显然main函数在被调用时，创建了栈帧。在调试过程中将转到反汇编，便能直观的看到main函数栈帧创建的过程。首先需明确的是，函数栈帧由寄存器esp,ebp维护。
PLAINTEXT
008B1410 push ebp
008B1411 mov ebp,esp
008B1413 sub esp,0E4h
008B1419 push ebx
008B141A push esi
008B141B push edi
008B141C lea edi,[ebp-0E4h]
008B1422 mov ecx,39h
008B1427 mov eax,0CCCCCCCCh
008B142C rep stos dword ptr es:[edi] //dword 为 4个字节1.在__tmainCRTStartup()函数顶部压入ebp，如图所示esp指向ebp，ebp成功压入栈中。
2.esp值传递给ebp。
3.esp减去0E4h：由于栈先使用高地址后使用低地址，减去一个值意味着esp指针向低地址移动了0E4h个地址，此处便开辟了main函数的栈帧。
4.压入ebx，esp指向ebx顶部。
5.压入esi，esp指向esi顶部。
6.压入edi，esp指向edi顶部。
7.将edi向下39h个空间全部改为0xCCCCCCCC。
3.1.1 main函数栈帧创建动态演示
3.2 局部变量创建
PLAINTEXT
int a = 10;
00AA142E mov dword ptr [ebp-8],0Ah
int b = 20;
00AA1435 mov dword ptr [ebp-14h],14h
int ret = 0;
00AA143C mov dword ptr [ebp-20h],0 - 将十六进制整数:0Ah（DEC 10）放入ebp 向低地址移动8个字节。
- 将十六进制整数:14h（DEC 20）放入ebp 向低地址移动20个字节。
- 将十六进制整数:0（DEC 0）放入ebp 向低地址移动32个字节。
3.2.1 局部变量创建动态演示
3.3 函数传参与调用
CPP
ret = Add(a, b);
00AA1443 mov eax,dword ptr [ebp-14h]
00AA1446 push eax
00AA1447 mov ecx,dword ptr [ebp-8]
00AA144A push ecx
00AA144B call 00AA10E1
00AA1450 add esp,8
00AA1453 mov dword ptr [ebp-20h],eax 3.3.1 函数传参
- ebp - 14h 的地址传给eax，即eax中实际存放了20。
- eax 压栈。
- ebp - 8 的地址传给ecx，即ecx中实际存放了10。
- ecx 压栈。
3.3.3 函数调用
可以发现，在执行call指令后，栈中压入call指令的下一条地址。
进入Add()函数，可以看出这与此前main函数开辟栈帧的过程类似，说明Add()函数调用又开辟了一块独立的栈帧。
在函数栈帧、局部变量创建完毕后，进行Add()函数运算过程：
PLAINTEXT
c = a + b;
00AA13E5 mov eax,dword ptr [ebp+8]
00AA13E8 add eax,dword ptr [ebp+0Ch]
00AA13EB mov dword ptr [ebp-8],eax - 将（ebp + 8）的值传递给eax，此时的ebp存放Add函数的栈底指针，（ebp + 8） 的位置即函数传参时创建的ecx的地址，其内部存放的正是10。
- eax寄存器中执行求和指令，加上（ebp + 0ch) 中的值，同理可以得知（ebp + 0ch）中的值是20。
- 将eax的经过求和的结果，传递到（ebp - 8）的位置 。
通过上述过程可以得知函数内部并未给形参开辟空间，而是直接查找了实参传递时的地址，由此解释了形参其实是实参的一份临时拷贝。
3.3.4 函数返回
PLAINTEXT
return c;
00AA13EE mov eax,dword ptr [ebp-8]
将返回值传递至寄存器eax中，因此在函数调用结束函数栈帧被销毁时，返回值并不会销毁。在函数拿到返回值后，开始出栈：
PLAINTEXT
00AA13F1 pop edi
00AA13F2 pop esi
00AA13F3 pop ebx
00AA13F4 mov esp,ebp
00AA13F6 pop ebp
00AA13F7 ret
从低位置到高位置依次弹出edi，esi，ebx，随后将ebp赋给esp并弹出ebp，最后执行ret指令返回到调用Add函数的call指令的下一地址，在执行ret指令时实际已弹出After call，以执行指令 add esp,8，此时esp向高地址移动8字节，esp，ebp重新维护main函数，eax中存放的返回值将被传递给地址（ebp - 20h）即ret的地址。至此，Add函数返回完毕。main函数栈帧销毁过程与前述过程类似。
文章作者: CtrlX
文章链接: http://ctrlx.life/post/8343ef68.html
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