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函数栈帧
前言：一、认识相关寄存器和汇编指令1.寄存器（寄存器是集成在cpu上的）2.汇编指令
二、函数栈帧创建和销毁的过程1.main函数的调用2.函数栈帧的创建3.函数栈帧的销毁
前言：
为了深入学习C语言，也为了方便理解，我学习了函数栈帧。函数栈帧的创建和销毁能够让我更加深刻的了解编程逻辑和语法。我们学习语法和编程逻辑都是基于封装好的知识上得。因此，我们有必要对函数栈帧的创建和销毁进行学习。本篇博客将用来介绍函数栈帧的创建和销毁的过程，希望大家一起学习。如有不足之处，请大家多多指出，谢谢！ 注意： 这里我使用的是vs2022和大家展示。不同编译器上展示的结果会有差异，但大体逻辑一样（也能起到参考的作用）。版本越高的编译器越不好观察，不容易观看函数栈帧创建和销毁的过程，封装过程也会复杂一下。 一、认识相关寄存器和汇编指令 1.寄存器（寄存器是集成在cpu上的）eax：累加寄存器，相对于其他寄存器，在运算方面比较常用 ebx：基地址寄存器，在内存寻址时存放基地址。 ecx：计数寄存器，用于循环操作，如重复的字符存储操作或者数字统计。 edx：作为EAX的溢出寄存器，总是被用来放整数除法产生的余数。 esi：源变址寄存器，主要用于存放存储单元在段内的偏移量。通常在内存操作指令中作为“源地址指针”使用。 edi：目的变址寄存器，主要用于存放存储单元在段内的偏移量。 ebp：栈底指针 esp：栈顶指针 esp和ebp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得；esp和ebp用来维护函数栈帧时，正在调用什么函数，就会维护那个函数。 rbp,rsp(64位编译，对于32位编译是ebp,esp寄存器)这2个寄存器中存放的是地址，这2个地址是用来维护函数栈帧的。 2.汇编指令push: 压栈，给栈顶放一个元素。（数据入栈，同时esp栈顶寄存器也要发生改变） pop： 出栈，给栈顶删除一个元素。（数据弹出至指定位置，同时esp栈顶寄存器也要发生改变） mov：数据转移指令。（后面的指针指向前面） sub：减法命令。（前面的值减后面的值） 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。 lea：加载，把后面的有效地址加载到前面。 补充： 栈区的使用是从高地址到低地址 栈区的使用遵循先进后出，后进先出 栈区的放置是从高地址往低地址放置：push 是压栈 删除是从低往高删除：pop 是出栈 如图： 本次演示以vs2022为例 演示代码： #include int ADD(int x,int y) { int z = x + y; return z; } int main() { int a = 3,b=6,c=0; c = ADD(a,b); printf("%d\n", c); return 0; }准备工作： 1）按F10进入函数调用模式： main函数也可以被其他函数调用： 1）为了阅读方便，我们把“显示符号名”取消勾选。 2）按F10，从调用堆栈，我们可以看到main函数被别的函数调用： main（）函数被invoke_main()函数调用； invoke_main()函数被__scrt_common_main_seh() 函数调用； __scrt_common_main_seh()函数被__scrt_common_main() 函数调用； __scrt_common_main() 函数被mainCRTStartup(void * __formal) 函数调用。 注意： 编译器版本越高，反汇编越不容易观察，编译器版本过高，会优化。 2.函数栈帧的创建1）汇编代码如下： int main() { 00CD18B0 push ebp 00CD18B1 mov ebp,esp 00CD18B3 sub esp,0E4h 00CD18B9 push ebx 00CD18BA push esi 00CD18BB push edi 00CD18BC lea edi,[ebp-24h] 00CD18BF mov ecx,9 00CD18C4 mov eax,0CCCCCCCCh 00CD18C9 rep stos dword ptr es:[edi] 00CD18CB mov ecx,0CDC008h 00CD18D0 call 00CD131B int a = 3, b = 6,c = 0; 00CD18D5 mov dword ptr [ebp-8],3 00CD18DC mov dword ptr [ebp-14h],6 00CD18E3 mov dword ptr [ebp-20h],0 c = ADD(a,b); 00CD18EA mov eax,dword ptr [ebp-14h] 00CD18ED push eax 00CD18EE mov ecx,dword ptr [ebp-8] 00CD18F1 push ecx 00CD18F2 call 00CD1217 00CD18F7 add esp,8 00CD18FA mov dword ptr [ebp-20h],eax printf("%d\n", c); 00CD18FD mov eax,dword ptr [ebp-20h] 00CD1900 push eax 00CD1901 push 0CD7B30h 00CD1906 call 00CD10CD 00CD190B add esp,8 return 0; 00CD190E xor eax,eax } 00CD1910 pop edi 00CD1911 pop esi 00CD1912 pop ebx 00CD1913 add esp,0E4h 00CD1919 cmp ebp,esp 00CD191B call 00CD1244 00CD1920 mov esp,ebp 00CD1922 pop ebp 00CD1923 ret2)给main函数开辟空间 00CD18B0 push ebp /*压栈，栈顶放一个元素,把ebp寄存器中的值进行压栈，此时的ebp中存放的是 invoke_main函数栈帧的ebp，esp-4*/ 00CD18B1 mov ebp,esp /*把esp的值存放到ebp中，相当于产生了main函数的 ebp，这个值就是invoke_main函数栈帧的esp*/ 00CD18B3 sub esp,0E4h /*sub会让esp中的地址减去一个16进制数字0xe4,产生新的 esp，此时的esp是main函数栈帧的esp，此时结合上一条指令的ebp和当前的esp，ebp和esp之间维护了一 个块栈空间，这块栈空间就是为main函数开辟的，就是main函数的栈帧空间，这一段空间中将存储main函数 中的局部变量，临时数据已经调试信息等。*/ 00CD18B9 push ebx //将寄存器ebx的值压栈，esp-4 00CD18BA push esi //将寄存器esi的值压栈，esp-4 00CD18BB push edi //将寄存器edi的值压栈，esp-4 /*上面3条指令保存了3个寄存器的值在栈区，这3个寄存器的在函数随后执行中可能会被修改，所以先保存寄 存器原来的值，以便在退出函数时恢复。*/ //下面的代码是在初始化main函数的栈帧空间。 //1. 先把ebp-24h的地址，放在edi中 //2. 把9放在ecx中 //3. 把0xCCCCCCCC放在eax中 //4. 将从ebp-0x24h到ebp这一段的内存的每个字节都初始化为CCCCCCCCh 00CD18BC lea edi,[ebp-24h] //把后面有效的地址加载到前面空间里 00CD18BF mov ecx,9 00CD18C4 mov eax,0CCCCCCCCh /*每一次四个字节，总共出了*/ 00CD18C9 rep stos dword ptr es:[edi] //word是一个字两个字节；dword是两个字，四个字节。 00CD18CB mov ecx,0CDC008h //把0CDC008h放在ecx里 00CD18D0 call 00CD131B //执行 call指令之前先会把call 指令的下一条指令的地址进行压栈操作
1).给变量a、b、c创建初始化 int a = 3, b = 6,c = 0;//变量a,b,c的创建和初始化，这就是局部的变量的创建和初始化 00CD18D5 mov dword ptr [ebp-8],3 //把3放到ebp-8地址里 00CD18DC mov dword ptr [ebp-14h],6 //把6放到ebp-14h里 00CD18E3 mov dword ptr [ebp-20h],0 //把0放到ebp-20h里
图示：
如图： 1）ADD函数栈帧的销毁 00C517A1 pop edi //在栈顶弹出一个值，存放到edi中，esp+4 00C517A2 pop esi //在栈顶弹出一个值，存放到esi中，esp+4 00C517A3 pop ebx //在栈顶弹出一个值，存放到ebx中，esp+4 00C517A4 add esp,0CCh /*将esp的地址加上0cch，相当于回收了ADD函数的栈帧空间*/ 00C517AA cmp ebp,esp //判断有没有溢出 00C517AC call 00C51244 //call指令里放的是下一个指令的地址 00C517B1 mov esp,ebp //ebp里面的值放到esp里 00C517B3 pop ebp //出栈，弹出一个元素，dsp+4 00C517B4 ret /*call指令可以实现调用一个子程序，在子程序里使用ret指令，结束子程序的执行并返回主函数，让主函数继续往下执行*/图示：
注意： |
2）打开调用堆栈，出现调用堆栈窗口： 
3）在调用模式下右击鼠标后，单击转到反汇编，进入反汇编界面： 
图示： 
3）核心代码
图示： 
2).调用Add函数
3).进入ADD函数（在call指令处按F11，然后再按一次F11） 这里我重新进入调试模式，所以地址的位置也就发生了变化，意思还是不变的。
在按一下F11，进入ADD函数里 
4).创建ADD函数栈帧 
5).ADD函数的执行过程
6)，函数栈帧创建的视图： 
2).ADD函数栈帧销毁后，回到主函数： 
调用完ADD函数，回到main函数的时候，继续往下执行，可以看到：
总结： 1为什么局部变量不初始化内容是随机的或者是"烫"？ 因为在创建函数栈帧的时候，中间的地址的值都是不确定的，而如果访问一个未初始化的变量，指向这些不确定的值，就是随机值。而初始化为0CCCCCCCCh时，遇到0xCCCC（两个连续排列的0xCC）的汉字编码就是“烫”，所以0xCCCC被当作文本就是“烫”。 2.函数调用时参数时如何传递的？传参的顺序是怎样的？ 从创建局部变量的函数（比如main函数）栈帧中通过内存访问，储存在eax和ecx中再入栈（相当于临时拷贝）。 3.函数的形参和实参分别是怎样实例化的？ 实参是在函数栈帧里通过ebp内存访问储存的值。形参是由ebp内存访问将栈中储存的临时变量。 4.函数调用结束后怎么返回值？ ADD函数中通过将在寄存器（eax）中相加得到的9，在移入ADD函数栈帧中c的地址位置，再将这个地址位置的值传给eax，在销毁ADD函数栈帧后，将eax中的值传给main函数栈帧中创建的c地址位置。【本文地址】
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