C语言 —— 函数栈帧的创建和销毁

在我们之前学习函数的时候，我们可能有很多困惑?

比如:

• 局部变量是怎么创建的?
• 为什么局部变量的值是随机值?
• 函数是怎么传参的?传参的顺序是怎样的?
• 形参和实参是什么关系?
• 函数调用是怎么做的?
• 函数调用是结束后怎么返回的?

那么要解决这些问题, 我们就需要知道函数栈帧的创建和销毁.

本文的环境为VS2013, 注意函数栈帧创建和销毁的过程在不同编译器下是有略微差异的.

那么要想了解函数的栈帧, 就需要再了解一些前置知识.

1. 寄存器与函数栈帧的概念

寄存器是计算机体系结构中的一种关键元素，用于存储和处理数据。

常见的寄存器有eax, ebx, ecx, edx...这些寄存器在后文都会遇到. 我们要重点介绍两个寄存器, 一个是ebp, 一个是esp.

要想理解函数栈帧, 就必须了解ebp和esp这两个寄存器.

ebp, esp这两个寄存器中存放的是地址, 这两个地址是用来维护函数栈帧的.

那么这两个寄存器是怎么来维护函数栈帧的呢?

之前我们有提到, 每一个函数调用都要在栈区创建一个空间.

我们使用VS2013写下以下代码:

#include <stdio.h>
 
int Add(int x, int y) {
    int z = 0;
    z = x + y;
    return z;
}
 
int main() {
    int a = 10;
    int b = 10;
    int c = 0;
    c = Add(a, b);
    printf("%d\n", c);
    return 0;
}

我们知道,对于这样一个代码, 每一个函数的调用都要为它开辟一块内存空间.

2. Add程序的底层调用细节分析

接下来我们通过调试来展现上文的Add程序是如何调用的.

在VS2013编译器按下F10,此时不要动,右击鼠标转到反汇编.

此时，就能看到C语言所对应的反汇编代码.

我们来一步步调试并分析.

首先要知道的是main函数是被别人调用的, 在这个地方马上要进入main函数调用的时候另外调用main函数的函数栈帧已经创建好了.

接下来我们进入main函数,第一步为push(压栈)

注意此时esp地址应该是变小了, 如下图, F10往下走一步可以看到, esp地址变小.

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接下来继续看.

ebp 压栈之后 mov ebp,esp 也就是把esp的值给ebp,即

接下来 sub减法 给 esp 减去 0E4h(16进制数字).

这意味着esp本来存的ebp的地址, 减0E4h之后地址变小, 指向上面某一块区域

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接下来继续看.

接下来是3个push ebx esi edi. 与前面ebp类似

往下走.

往下.

走到这里,main函数的栈帧就开辟完成了.

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接下来我们就要执行正式有效的代码, 也就是我们所编写的源代码.

这里是创建变量的时候给它赋值,int a = 10;
如果创建变量的时候没有给它赋值,那么这个地方就不会把10放进去.
那么内存中默认放的就是CCCCCCCC.
之前我们在内存中打印出了随机值”烫烫烫烫”，就出自于此.

这就是变量为什么要初始化如果不初始化，这里就放的是随机值.

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思考: 当函数调用往下走的时候, 函数调用需要传参，它是如何传参的?

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我们再接着往下.
后面可以看到Add函数是如何被创建与调用的, 又是如何进入Add函数, 回到main函数, 等各种问题.

此时要按F11 跳到这里,可以看到内存中多了一个00a61450,刚好就是上面call的下一条指令

那么就是 执行call指令的时候,把call指令的下一条指令的地址压栈

再按一次F11,就进到函数中了, 这次是真正来到Add函数中

接下来我们分析Add函数, 其实和main差不多.

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接着往下看Add函数的执行.

接着往下

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我们接着往下.

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到这里,z还没有返回，那么我们往下走看一下是怎么返回结果z的

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至此, Add程序的整个调用细节到此结束.