函数栈帧的创建和销毁

全文目录

• 前言
• 寄存器
• main函数的调用
• • 调用main函数的函数
  • main函数的栈帧如何开辟的
  • • `push`（保存调用方的`ebp`）
    • `move`（维护新开栈帧的栈底）
    • `sub`（维护新开栈帧的栈顶）
    • 三连`push`（添加栈帧的信息的变量）
    • `lea` （存放栈顶地址）
    • `rep stos`（初始化栈帧）
• add函数的执行
• • 创建变量
  • 传参
  • `call` （函数调用 ）
  • 参数的使用
  • 函数的返回值和栈帧的销毁
  • 形参的销毁
• 总结

前言

前面在使用函数时一直说到函数栈帧的创建与销毁，但也只是云里雾里的，今天就来讲讲关于函数栈帧的知识。实验环境：VS2013，系统环境X86

我们通过一段简单的代码来了解函数的栈帧：

#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);
}

寄存器

再了解函数栈帧前，我们需要先知道一些前景知识，首先来了解一下寄存器。再VS2013中，我们可以通过调试窗口中的寄存器窗口查看有哪些寄存器：

可以看到有下面几种寄存器：

通用寄存器（数据存放数据使用）：
eax
ebx
ecx
edx

变址寄存器（偏移量）：
esi
edi

指令寄存器（下一条指令的地址）：
eip

指针寄存器（地址，维护函数栈帧）：
esp（堆栈指针寄存器，用于存放栈顶指针的位置）
ebp（基址指针寄存器，用于寻找栈内的元素）

标志性寄存器（不知道什么东西）：
efl

寄存器的详细知识可以点这里：汇编——寄存器的分类和功能

main函数的调用

每一个函数的调用都需要在栈区上开辟一块开空间，在栈上一块专门为函数开辟的空间就是函数的栈帧。这么一块栈帧其实是由两个寄存器维护的，根据上面寄存器的介绍，大概能猜到是esp, ebp两个寄存器维护的了：

调用main函数的函数

main函数也是函数，所以我们可以在调试中通过函数调用堆栈来看一下main函数是由谁调用的：

由此我们可以很明显得看到main函数的调用关系：

调用main函数的函数__tmainCRTStartup也是需要栈帧的，同样的是由esp, ebp来维护

main函数的栈帧如何开辟的

然后我们可以通过反汇编来看一下main函数是怎么调用的：

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push（保存调用方的ebp）

当执行第一个反汇编指令时相当于将ebp的值放到__tmainCRTStartup的栈帧的顶部：

那么esp的值，就相当于减去了 4 ，我们可以通过监视来看一下

执行前：

执行完push指令后：

至于为什么是减4，是因为在32为系统下指针的大小是4字节

这样之后的函数返回后就可以快速找到调用方的栈底，从而继续维护调用方。

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move（维护新开栈帧的栈底）

move指令相当于将 esp的值复制给ebp：

通过监视窗口可以看到ebp值的变化：

执行前：

执行完move指令后：

这样ebp 就是新的函数栈帧的栈底，继续干着栈底指针的老本行

sub（维护新开栈帧的栈顶）

执行sub命令相当于esp向下走了 0E4h，那么esp ~ ebp中间的空间就是main函数的栈帧。

执行前：

执行完sub命令后：

相当于：

三连push（添加栈帧的信息的变量）

push前：

push 后：

注意每次压栈后都esp的值都会变化

相当于：

这三个新压栈的寄存器在后面将会起到大作用。

lea （存放栈顶地址）

lea ，全称 load effictive address，翻译一下就是加载有效地址。可以看到ebp - 0E4h 就是三连 push前main函数的栈顶，相当于将该地址放到 edi 中。

后面两个move等价于：ecx = 39h, eax = 0CCCCCCCCh

rep stos（初始化栈帧）

执行前：

dword：

d: double
word: 一个word是2字节
dword: 4字节

整条指令就是相当于将edi (ebp - 0E4h)往下，每次操作4字节，操作 ecx (39h)次，全部初始化为 eax (0xcccccccc)

也就是：

至此，一个函数的栈帧的创建就完成了，这也是为什么局部变量没有初始化的时候，它的值会是随机数。

add函数的执行

创建变量

函数栈帧创建完成之后就是正常的执行代码了，后面三条语句就是普通的初始化

赋值后：

也就是相当于：

可以看到在VS2013 中，是隔了两个整型的大小来进行初始化的，但是在不同的编译器下可能实现的方式不同。

传参

接下来就是万众瞩目的传参的过程了：

将a和b的值依次传给eax和ecx压栈

也就是：

正好印证了形参是实参的一份临时拷贝

call （函数调用 ）

执行完传参后，就是函数调用了，call 指令会将下一条指令压栈，让函数返回时，正常往下执行

然后跳到指定的地址

再通过jmp 命令进行跳到add函数内部

跳到add函数内部之后，就开始函数的创建和初始化等一系列操作，

参数的使用

参数使用时通过ebp找到对应的参数，然后将计算的结果返回回去

也就是：

可以发现参数在传递的时候是从右向左传，在使用形参时是从左向右取，刚好跟参数传递的顺序一致

函数的返回值和栈帧的销毁

返回时，先将返回值放到寄存器 eax 中

然后依次销毁函数栈帧，现将顶上的三个寄存器弹出

也就是：

然后通过move指令将栈顶指向栈底

也就是：

然后通过pop命令将ebp指向main函数的栈底，那么ebp, esp又重新开始维护main函数的栈帧。

也就是：

可以看到esp 指向的就是调用函数之后的下一条指令的地址，ret指令就是通过pop回到调用函数的下一条指令

执行ret指令后回到下一条指令的位置：

esp也向下走了一个位置：

形参的销毁

执行该命令后，形参的栈帧也就销毁了，意味着返回到了main函数中，add函数的栈帧彻底销毁了

之后的就是正常的进行计算等等，各种函数的调用，其栈帧的创建和销毁基本上都是一样的。

总结

自己总结的草图：栈帧的创建和销毁都是一一对应的，怎么创建，就怎么反着销毁。