函数的栈帧与销毁(栈帧可不是战争哦)

迷南。 2024-04-17 06:17 90阅读 0赞

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> ?本文作者：大家好，我是paperjie，感谢你阅读本文，欢迎一建三连哦。
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> ?内容专栏：这里是《C语言》专栏，笔者用重金(时间和精力)打造，将C语言知识一网打尽，希望可以帮到读者们哦。
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> ?内容分享：本期会使用C语言知识来解释函数的栈帧与创建，力求让每一位读者看懂。
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> ：不要998，只要一件三连，三连买不了吃亏，买不了上当(写作不易，求求了?)

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**目录**

?前言

?理解需知

?常用的寄存器

?常用的汇编指令

?函数的栈帧与销毁

?函数的创建

?main函数栈帧的创建

?main函数里面语句的执行

? 函数传参

?add函数栈帧的创建

?add函数语句的执行

?函数的销毁

?add函数的销毁

?main函数的销毁

?总结

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## ?前言 ##

在C语言的学习过程中，我们会遇到许多问题，它是比较隐晦难懂的，但是这些好巧不巧有对以后的学习有着深远的作用。我们在学习完函数这一章后，有一些问题它是在许多书本上是不会讲解的，太过于接近底成。函数中：1局部变量是怎么创建的？2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？3形参和实参是什么关系？4函数调用是怎么做的？5函数结束后是怎么返回的？这些问题大家肯定经常困惑，今天这篇函数的栈帧与销毁就是对这些问题进行讲解。

## ?理解需知 ##

### ?常用的寄存器 ###

*  **eax**: 通常用来执行加法，函数调用的返回值一般也放在这里面
 *  **ebx**: 数据存取
 *  **ecx**: 通常用来作为计数器，比如for循环
 *  **edx**: 读写I/O端口时，edx用来存放端口号
 *  **esp**: 栈顶指针，指向栈的顶部
 *  **ebp**: 栈底指针，指向栈的底部，通常用`ebp+偏移量`的形式来定位函数存放在栈中的局部变量
 *  **esi**: 字符串操作时，用于存放数据源的地址
 *  **edi**: 字符串操作时，用于存放目的地址的，和esi两个经常搭配一起使用，执行字符串的复制

### ?常用的汇编指令 ###

MOV 传送字或字节.   
MOVSX 先符号扩展,再传送.  
MOVZX 先零扩展,再传送.  
PUSH 把字压入堆栈.  
POP 把字弹出堆栈.   
PUSHA 把AX,CX,DX,BX,SP,BP,SI,DI依次压入堆栈.  
POPA 把DI,SI,BP,SP,BX,DX,CX,AX依次弹出堆栈.  
PUSHAD 把EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI依次压入堆栈.  
POPAD 把EDI,ESI,EBP,ESP,EBX,EDX,ECX,EAX依次弹出堆栈.  
BSWAP 交换32位寄存器里字节的顺序  
CMPXCHG 比较并交换操作数.(第二个操作数必须为累加器AL/AX/EAX)  
XADD 先交换再累加.(结果在第一个操作数里)

## ?函数的栈帧与销毁 ##

为了方便演示，这里编写了一个加法函数，我们通过调试和观察它的反汇编来理解函数的栈帧与销毁。

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### ?函数的创建 ###

在开始前，我们了解两个小知识：函数和局部变量是在栈区中创建的，栈区的存放习惯是从高地址到低地址存放的。还是两个非常重要的寄存器ebp和esp，他们两叫栈底指针和栈顶指针，函数的栈帧就是有他们来控制的。（注意尽量使用低级的编译器，这样子观察比较容易，高级的封装的比较完善，不宜观察）

#### ?main函数栈帧的创建 ####

这里有一个问题，main函数，也是函数，那它也会被别人调用吗？答案是对的，我们可以通过调试中的调用堆栈来观察，果然我们发现的确有一个函数调用它，而这个函数又被另一个函数调用，用画图解释：

![af65c7a5c30242b398d41f466eca120d.png][]

这里我们回到正文，通过反汇编我们一步一步来解读函数(上面那个main函数的栈帧是一个简单的图，下面我们会详细来画)。

第一条指令是push一下ebp就是将ebp压入栈顶，因为esp是栈顶指针，这时esp就得向上移动一次，我们可以通过监视观察到esp移动了。

![0ed68a845700409fb929a699e5ac613e.png][]

mov ebp,esp 和sub esp,0E4h是说将esp赋给ebp，就是ebp的位置到了esp上。esp减去0E4h，这之间的空间就是main函数的栈帧开辟

![e950aba39f4a419a82244e843a15b7a8.png][]

00FB18B9 push ebx 00FB18BA push esi 00FB18BB push edi 这三条指令就是将ebx，esi，edi压栈，随后esp向上移动三次。

00FB18BC lea edi,\[ebp-24h\] 将ebp减去24h加载到edi中  
00FB18BF mov ecx,9 将9赋给ecx  
00FB18C4 mov eax,0CCCCCCCCh 将0cccccccch赋给eax  
00FB18C9 rep stos dword ptr es:\[edi\] edi开始将0cccccccch9次向下赋给下面的单元空间

![b571e5ada3204604937cdf6a68d8c1bd.png][]

#### ?main函数里面语句的执行 ####

一直到这里算是main函数的栈帧完全开辟好了。接下来就是main函数里面语句的执行了。

int a = 10;  
00FB18D5 mov dword ptr \[ebp-8\],0Ah 将10赋给ebp-8这个空间  
int b = 20;  
00FB18DC mov dword ptr \[ebp-14h\],14h 将20赋给ebp-14这个空间

![d37a0a73d57d473dbab0096a0a1caada.png][]

#### ? 函数传参 ####

int c = add(a, b);  
00FB18E3 mov eax,dword ptr \[ebp-14h\] 将b的值赋给eax这个寄存器  
00FB18E6 push eax 将eax压栈，esp向上移动一次  
00FB18E7 mov ecx,dword ptr \[ebp-8\] 将a的值赋给ecx这个寄存器  
00FB18EA push ecx  将ecx压栈，esp向上移动一次  
00FB18EB call \_add (0FB1023h) 用call指令调用add函数，且记住下一条指令

通过这些指令，我们可以发现函数传参是从右往左的

![2f12a3ba9c2e44e9ba3bde1a8a11e46e.png][]

#### ?add函数栈帧的创建 ####

这里执行下一条语句的时候我们就要按F11进入add函数了

0FB1850 push ebp  
00FB1851 mov ebp,esp  
00FB1853 sub esp,0CCh  
00FB1859 push ebx  
00FB185A push esi  
00FB185B push edi  
00FB185C lea edi,\[ebp-0Ch\]  
00FB185F mov ecx,3  
00FB1864 mov eax,0CCCCCCCCh  
00FB1869 rep stos dword ptr es:\[edi\]

这些画图板里有解释，我就不重复了

![1cf32d8a212146e987de3bc95a84580c.png][]

#### ?add函数语句的执行 ####

int z = 0;  
00FB1875 mov dword ptr \[ebp-8\],0  
z = x + y;  
00FB187C mov eax,dword ptr \[ebp+8\]  
00FB187F add eax,dword ptr \[ebp+0Ch\]  
00FB1882 mov dword ptr \[ebp-8\],eax  
return z;  
00FB1885 mov eax,dword ptr \[ebp-8\]

这里我们可以发现，形参x和y只是通过mov指令将a和b的值拷贝了一份放到eax寄存器中加起来放到了z中，返回的时候将z的值放回寄存器eax中，这样就不会因为函数的销毁数据丢失.

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### ?函数的销毁 ###

#### ?add函数的销毁 ####

00FB1888 pop edi  
00FB1889 pop esi  
00FB188A pop ebx  
00FB188B add esp,0CCh  
00FB1891 cmp ebp,esp  
00FB1893 call \_\_RTC\_CheckEsp (0FB1244h)  
00FB1898 mov esp,ebp  
00FB189A pop ebp  
00FB189B ret

这里是通过pop和add指令将add函数的空间释放掉，让esp和ebp回到原来main函数的位置。

![7afa97c8cc3f4d7c9227cc8725c19147.png][]

#### ?main函数的销毁 ####

00FB1909 pop edi  
00FB190A pop esi  
00FB190B pop ebx  
00FB190C add esp,0E4h  
00FB1912 cmp ebp,esp  
00FB1914 call 00FB1244  
00FB1919 mov esp,ebp  
00FB191B pop ebp  
00FB191C ret

上面的指令和add函数销毁是一样的，这里我就不画图讲解了，可以根据上面的解释自行理解。

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## ?总结 ##

现在，对于一开始的那些问题，相比大家就已经清楚了叭：

1局部变量是怎么创建的？ 是函数栈帧创建后编译器分配，且是从高地址到低地址创建的

2为什么局部变量的值是随机值？ 因为函数栈帧创建后编译器会将全部的内容都自动初始化一个值

3函数怎么传参?传参顺序是怎么样 传参将实参拷贝到寄存器中进行压栈到栈顶 顺序是从右到左

4形参和实参是什么关系？  形参是实参的临时拷贝，它们只是值相同，但是地址不同

5函数调用是怎么做的？ 通过call指令来调用

6函数结束后是怎么返回的 通过ret指令来返回

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