函数栈帧的创建与销毁-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了函数栈帧的创建与销毁。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

函数栈帧的创建与销毁,魔王的修炼之路——C语言,c语言,c++,算法

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一、前言

我们在编译代码时会有很多不清楚的地方，例如我们创建变量时我们只知道会开辟空间，却不知道要在哪开辟，怎么开辟，在我们调用函数时，我们也知道要在栈区开辟空间，但是依然不知道怎么开辟，参数如何拷贝，为什么值传递不会改变原数值。本篇博客带你理解栈区（局部变量和函数调用开辟空间的地方）是怎样工作的。

二、问题举例

局部变量是怎么创建的？

为什么局部变量的值是随机值？

函数时怎么传参的？传参的顺序是怎样的？

形参和实参是什么关系？

函数调用时怎么做的？

函数调用时结束后怎样返回的？

通过下面的讲解你将全部明白这些问题

三、介绍

首先说明一些比较陌生的东西，以便后续的理解。

1.寄存器

寄存器：中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮量的高速存贮部件，它们可以来暂存指令、数据和地址。寄存器是独立于内存的，不会因为栈区函数空间的销毁而销毁。

寄存器举例：
eax、ebx、ecx、edx、ebp、esp等
其中三个寄存器比较重要：
1.eax:接收函数返回值，使得函数的返回值不会因为栈区的销毁而消失。
2.ebp:栈底寄存器(高地址)，和esp共同维护栈区新开辟的空间。
3.esp:栈顶寄存器(低地址)，和ebp共同维护栈区新开辟的空间。

2.汇编指令

push：压栈，放入栈顶一个元素（寄存器的内容，并不是寄存器）。
pop：出栈，把栈顶数据弹出，并把弹出的元素赋值到寄存器中。
move：给一个寄存器赋值。
sub：减法指令。
add：加法指令。
lea：即load effective address，加载有效地址。
call：调用函数，并且把该函数之后的地址进行压栈（目的是为了在函数销毁后可以回到函数之后的下一步）。
dword：即double word,可以理解为两倍的字的大小，我们知道一个汉字两个字节，那么两倍的就是四个字节。
rep stors：重复拷贝寄存器中的数据。
注意：esp永远指向栈顶，每次压栈后esp就会自动减去4个字节（因为栈区的使用是高地址向低地址使用），每次出栈后esp就会加上4个字节。

四、讲解

以此代码为标准进行详细说明：

#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);
	return 0;
}

1.main函数并不是最终函数

我们一直认为main函数结束，程序就会结束，main函数是程序的最后一个函数，你是否想过这样一个问题：为什么main函数会有返回值呢？那自然是因为main函数并不是最终函数，main函数也是被其他函数所调用的。我们转到调用堆栈就会观察到，如图：

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那么到底是什么函数调用的main函数呢？

是__tmainCRTStartup函数调用的main函数。__tmainCRTStartup函数又是被mainCRTStartup函数调用的。

也就是main函数后其实还有两个函数，如图：

所画的图只表示调用顺序和栈帧使用顺序（先使用高地址在使用低地址）。

2.函数栈帧的创建

函数栈帧怎样创建，我们可以通过反汇编观察得到。要进入反汇编，首先要进入调试，然后按照图片操作即可进入，如图：

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main函数的栈帧创建

函数栈帧创建的逻辑基本一样，所以详细说一个怎么创建，其他就基本也是这样，这里以主函数举例。通过图一点点进行分析，如图：

所画的15个指令是在Add函数之前的汇编指令，前10个指令是创建主函数的栈帧空间并赋值为CCCCCCCC，这就是当我们不给一个变量赋值时，会打印出烫烫烫烫的原因。第11、12这两个指令是新增的，在VS2013上并没有，所以无视就行。那么从第13个指令开始，就该使用所开辟好的空间了。详细如下：

用ebp的值进行压栈。然后esp-4（没个元素都是4个字节，栈区的使用是从高地址向低地址使用的）。

把esp的值赋给ebp。

让esp减去0E4h这个十六进制数字。（目的是给main函数开辟空间，esp是维护栈顶的，所以要让esp移动到新开辟的栈顶位置）

用ebx的值进行压栈。

用esi的值进行压栈。

用edi的值进行压栈。

load effective address，加载有效地址。放入edi中。

把9赋值到ecx中。

把CCCCCCCC赋值到eax中。

重复拷贝：从edi（加载的那个有效地址）开始，拷贝ecx次（9），每次拷贝eax（CCCCCCCC）,每次拷贝的大小为dword（4字节）。每拷贝一次，edi（存放有效地址的这个寄存器都加4），ecx（存放拷贝次数的寄存器都减1），直到ecx减到0，停止拷贝，执行下一个汇编指令。
前十个是为main函数开辟空间并赋值为CCCCCCCC的汇编码。接下来才开始让我们写的程序分配空间。

在ebp-8位置处赋值0Ah（也就是10）.

在ebp-14h（ebp-20）位置处赋值14h（也就是20）

在ebp-20h（ebp-32）位置处赋值0

如图：

第一个图其实__tmainCRTStartup函数是被mainCRTStartup函数调用的，不过这里就不画了，我们主要是理解main函数及main函数内的函数调用如何在栈区开辟空间就好了，main函数之前的那两个函数知道有就行了。

这个图如果在VS2013是正确的，开辟的空间全部先初始化，但是在VS2022中，其实开辟的主函数的空间并没有全部赋值，如图：

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最后一次拷贝后的内存展示：

3.函数调用

开辟空间前执行的操作：

函数调用的时候，我们都知道会开辟空间，但是他是怎么开辟的呢？

我们知道形参是实参的临时拷贝，那么它是怎样拷贝的呢？

我们知道函数结束后该函数所处的栈帧空间就要被销毁回收，那么如果该函数有返回值，明明已经被销毁了，它是怎样再返回去的呢？
接着往下看，你就会全部知道。

在调用函数这个操作中，刚开始进行的是让实参（实参地址中的内容那就是实参的数值）赋给eax，ecx，从右向左压栈，也就是先压栈b的值，再压栈a的值，这就是反汇编的前四行。其实这四行目的就是拷贝实参。第五行call指令是调用Add这个函数并且把调用Add函数后的下一个操作指令进行压栈，目的是为了在调用函数结束后，可以回到Add函数之后的下一步指令。

开辟空间及销毁前的操作：

汇编指令如图：

红色框不含黄色部分：
还是和之前main函数开辟一样，先是压栈ebp，然后让ebp移动到esp位置，然后esp减去一个数值（即开辟的空间大小），然后进行（部分）（不同编译器可能不一样，有可能使部分赋值，有可能是整个空间赋值）赋值，赋值为CCCCCCCC，然后就是为Add函数中的变量分配空间（如下图）。
红色框中的黄色部分：
这个部分是关于函数返回值的汇编指令，两个图结合看，ebp+8的值赋给eax(是寄存器，独立于内存，不会因为栈帧空间销毁而销毁)，然后让eax的值加上ebp+0Ch这个地址的值，这个地址转换为十进制也就是ebp+12，再让eax的值赋给该函数中的变量z，所以函数的返回值也就暂时储存在了寄存器eax中（因此当z被销毁后，eax里还存着函数的返回值，等待之后的指令），那么你是否发现了，ebp+8其实就是在开辟函数空间前拷贝的10，ebp+12就是开辟空间前拷贝的20，所以eax就变成了30，也就是说函数使用的实参其实在自己内部空间根本就没有，他们只是通过地址访问了在开辟函数空间前压栈的那些形参，仅仅是使用而已，因此值传递不改变原数值。

销毁操作：

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按照老编译器（老编译器中没有划掉的那三行）来说：

第1步：把z的值赋给eax，因为z要销毁了，但是返回值要被保留，所以要借助寄存器保留下来。

2~4步：pop指令，也就是出栈，最上面的三个元素，并把元素的值分别赋给edi、esi、ebx，其实这三个pop指令中的赋值操作没用，因为弹出的是edi，edi里边本来存的就是edi的值。其他两个也是这样。但是对于倒数第二行的pop指令中的赋值操作就用处很大了，接着看，等会会说到（第6步）。

第5步：把ebp的值赋给esp，那就是说esp离开了正在维护的函数的栈帧空间，那么这一部分就让函数栈帧空间被销毁了。

第6步：出栈，并且把出栈的值（是ebp指向main函数底部时压栈上去的那个地址，也就是说出栈的这个元素其实存放的是main函数的栈底指针）赋给寄存器ebp。那么ebp就回到原来的位置了。（main函数的栈底指针处）

第七步：ret，即返回，这一步也很重要，它的意义是弹出并回到弹出的这个地址所指向的指令，因为第六步我们只是让ebp回到了main的栈底位置，此时esp和ebp位置都就绪了，但是指令却还没有返回，而这一步其实就是弹出了调用函数之后的那个指令的地址（之前压栈上去的那个），并且回到弹出这个指令的位置，也就是调用函数的下一个指令的位置，那么一切便结束了，后面就是调用函数之后的操作了。