函数栈帧的创建和销毁——“C”

各位CSDN的uu们你们好呀，今天小雅兰来为大家介绍一个知识点——函数栈帧的创建和销毁。其实这个知识点，我们很早之前就要讲，但是因为我的一系列原因，才一直拖到了现在，那么，话不多说，让我们一起进入函数栈帧的世界吧

我们学习了前面这么多内容，不由得会想起几个问题：

• 局部变量是如何创建的？
• 为什么局部变量不初始化内容是随机的？
• 函数调用时参数是如何传递的？传参的顺序是怎样的？
• 函数调用是怎么做的？
• 函数的形参和实参分别是怎样实例化的？
• 形参和实参的关系是什么？
• 函数的返回值是如何带回的？ 

带着这一肚子的疑惑，就有了今天的函数栈帧的创建和销毁了。

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寄存器

什么是函数栈帧

什么是栈

解析函数栈帧的创建和销毁

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首先，我还得给大家拓展一个知识点——寄存器。

寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。

按照功能的不同，可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类。

基本寄存器只能并行送入数据，也只能并行输出。

移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，或串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。

这边介绍一下寄存器的基本含义、基本概念、结构、工作原理、类型、存放代码满足条件、寄存器组织、寄存器寻址

 

 

 相关寄存器和汇编指令

 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
•  esp:栈顶寄存器
•  eip:指令寄存器，保存当前指令的下一条指令的地址

 

相关汇编命令

•  mov:数据转移指令
•  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
•  sub:减法命令
•  add:加法命令
•  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
•  ret:恢复返回地址，压入eip，类似pop eip命令

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 什么是函数栈帧

我们在写C语言代码的时候，经常会把一个独立的功能抽象为函数，所以C程序是以函数为基本单位的。

那函数是如何调用的？

函数的返回值又是如何带会的？

函数参数是如何传递的？

这些问题都和函数栈帧有关系。

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）。

看到这里，我们就必须还想到一个问题——什么是栈？ 

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什么是栈

栈（stack）是现代计算机程序里最为重要的概念之一，几乎每一个程序都使用了栈，没有栈就没有函数，没有局部变量，也就没有我们如今看到的所有的计算机语言。

在经典的计算机科学中，栈被定义为一种特殊的容器，用户可以将数据压入栈中（入栈，push），也可以将已经压入栈中的数据弹出（出栈，pop），但是栈这个容器必须遵守一条规则：先入栈的数据后出栈（First In Last Out， FIFO）。就像叠成一叠的术，先叠上去的书在最下面，因此要最后才能取出。

在计算机系统中，栈则是一个具有以上属性的动态内存区域。程序可以将数据压入栈中，也可以将数据从栈顶弹出。压栈操作使得栈增大，而弹出操作使得栈减小。

在经典的操作系统中，栈总是向下增长（由高地址向低地址）的。 在我们常见的i386或者x86-64下，栈顶由成为 esp 的寄存器进行定位的。

在了解了这些准备工作之后，我们就可以进入我们的正题啦——解析函数栈帧的创建和销毁 

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解析函数栈帧的创建和销毁

首先我们达成一些预备知识才能有效的帮助我们理解，函数栈帧的创建和销毁。

 1. 每一次函数调用，都要为本次函数调用开辟空间，就是函数栈帧的空间。

 2. 这块空间的维护是使用了2个寄存器： esp 和 ebp ， ebp 记录的是栈底的地址， esp 记录的是栈顶的地址。

 3. 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大同小异，本次演示以VS2010为例。  

函数的调用堆栈

#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\n", ret);return 0;
}

 我们可以看到，main函数也确实被调用了

在VS2010中，main函数也是被其他函数调用的   __tmainCRTStartup  这个函数又是被调用的  mainCRTStartup

即，mainCRTStartup调用了__tmainCRTStartup，__tmainCRTStartup又调用了main函数

 

 现在转到我们的反汇编，把这个显示符号名的勾勾去掉，这样方便观察

 

 

 压栈（push）操作

 mov操作，表示把esp的值给ebp

 sub操作，表示esp的值减去0E4h

0E4h是一个十六进制数字，转为十进制为228

经过sub操作，esp的值就变了

 

 然后，esp就指向上面开辟的某一块空间了

 

 这一块空间，就是为我们的main函数预开辟的一块空间了，也就是main函数的栈帧

然后再是三个push操作，push了ebx、esi、edi

 

 

 再是lea操作，lea表示Load Effective Address，是为加载有效地址

 把[ebp+FFFFFF1Ch]的值加载到edi中，但是这个值不好观察，那我们还得把我们之前取消的显示符号名给勾上

 

 

这三个操作的意思是，把刚刚main函数的栈帧全部初始化为CCCCCCCC

dword的意思是double word（双字），一个字是两个字节，双字就是四个字节

 

 走了这么半天，竟然还没有执行一行有效的代码！！！

#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 ret = 0;ret = Add(a, b);printf("%d\n", ret);return 0;
}

 

 这就是我们的变量为什么要初始化的原因，如果不初始化的话，内存里面放的是一个随机值

 

接下来，就是调用函数了

 

 

这几个动作就是在传参

 

 我们会发现，这个Add函数的指令和我们的main函数开始的指令几乎是一样的，这实际上就是在准备栈帧

 

 

其实初始化并不止这么多次，把33h这个十六进制数字换成十进制，是多少次就初始化多少次CCCCCCCC

 

 

通过画图，我们可以清楚地知道，并没有给形参创建空间，这也验证了我们之前的结论：实参传递给形参的时候，形参是实参的一份临时拷贝，改变形参是不会影响实参的

把[ebp-8]的值放到eax这个寄存器中

 

 

 

 

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好啦，小雅兰今天的函数栈帧的创建和销毁的内容就到这里了，总体来说，我觉得这个内容比较地抽象，难度也是很大的，对于我们这种初学者来说，但是，不奢求一遍就把它看懂，但求每多看一遍，收获的知识点就多一点点，这样我就心满意足啦！！！