C语言函数调用是怎么样一个过程？

系统管理员 2022-03-11 09:39 237阅读 0赞

大多数CPU上的程序实现使用栈来支持函数调用操作，栈被用来传递函数参数、存储返回信息、临时保存寄存器原有的值以备恢复以及用来存储局部变量。

函数调用操作所使用的栈部分叫做**栈帧结构**，每个函数调用都有属于自己的栈帧结构，栈帧结构由**两个指针**指定，**帧指针**（指向起始），**栈指针**（指向栈顶），函数对大多数**数据的访问**都是基于**帧指针**。

下面是结构图

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQ2MjIwMg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

栈指针和帧指针一般都有专门的寄存器，通常使用ebp寄存器作为帧指针，使用esp寄存器做栈指针。

**帧指针指向栈帧结构的头，存放着上一个栈帧的头部地址，栈指针指向栈顶。**

来分析下面的程序，下面的程序时间的功能就是调用swap函数交换两个数的值，然后返回两个数的差。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQ2MjIwMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

下面是这个过程对应的栈结构

可以看出，在调用swap函数后，会为更改栈指针和帧指针的指向，为swap分配一个栈帧结构。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQ2MjIwMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

调用swap函数过程做了什么？

> 1、将函数参数压栈（&b,&a）
> 
> 2、将返回地址压栈
> 
> 3、将当前帧指针所指的地址（ebp寄存器的值）压栈
> 
> 4、移动帧指针（修改ebp寄存器）与栈指针（修改esp寄存器），为swap函数创建一个栈帧结构

由于将参数(&b,&a)压入栈中，所以在swap函数要访问**&b**和**&a**时，可以通过**%(ebp+8)**与**%(ebp+12)**访问。 swap函数结束后，会恢复帧指针与栈指针，然后继续运行。

下面是对应的汇编代码，通过汇编代码来看这一过程

使用gcc -Wall -S -o exch.S exch.c生成对应的汇编代码

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjQ2MjIwMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

> 24-25行：根据帧指针（-8(%ebp)）取出变量b的地址存到eax寄存器中，然后将eax寄存器的值压栈
> 
> 26-27行：根据帧指针（-4(%ebp)）取出变量a的地址存到eax寄存器中，然后将eax寄存器的值压栈
> 
> 28行：调用\_swap函数，call会将返回地址压栈
> 
> 3行：将ebp寄存器（当前帧指针的值）的值压入栈中
> 
> 4行：改变ebp寄存器的值（帧指针的指向）
> 
> 5行：将esp寄存器的值减4，起始就是将栈指针往下移，相当于创建了一个变量
> 
> 7-15行：就是操作寄存器，交换两个数的值
> 
> 16行：恢复帧指针和栈指针（即函数返回）

到此，函数的调用过程也就分析完了。

参考：《linux内核完全注释》

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