一、 什么是函数栈帧？
函数栈帧是用于在计算机程序中实现函数调用的一种数据结构。在函数调用过程中，每个函数都需要在内存中创建一个栈帧，用于存储局部变量、返回地址和参数等。
- 具体来说，函数栈帧通常包含以下部分：
- 局部变量表：存储函数的局部变量，包括基本数据类型（如整数、浮点数等）和对象引用（如指针）。
- 返回地址：存储函数的返回地址，即函数执行完毕后需要跳转到的地址。
- 参数表：存储函数的输入参数，通常按照传递的顺序排列。
- 操作数栈：用于存储函数的临时数据和中间结果，通常使用栈结构进行操作。
- 当一个函数被调用时，会在内存中创建一个新的栈帧，并将其压入调用该函数的栈中。当函数执行完毕后，该栈帧会被弹出栈并销毁。因此，函数栈帧在函数调用过程中起到了存储和传递数据的作用。
函数栈帧的实现方式取决于具体的编程语言和编译器。在一些高级编程语言中，编译器通常会为每个函数自动创建和销毁栈帧，而无需程序员手动管理。而在低级编程语言或手动控制内存分配的情况下，程序员需要手动创建和销毁栈帧。
二、 理解函数栈帧能解决什么问题呢？
理解函数栈帧有什么用呢？
只要理解了函数栈帧的创建和销毁，以下问题就能够很好的额理解了：
- 局部变量是如何创建的？
- 为什么局部变量不初始化内容是随机的？
- 函数调用时参数时如何传递的？传参的顺序是怎样的？
- 函数的形参和实参分别是怎样实例化的？
- 函数调用是怎么做的？函数的返回值是如何带会的？
让我们一起走进函数栈帧的创建和销毁的过程中。
三、 函数栈帧的创建和销毁解析
3.1、什么是栈？
栈（stack）是现代计算机程序里最为重要的概念之一，几乎每一个程序都使用了栈，没有栈就没有函数，没有局部变量，也就没有我们如今看到的所有的计算机语言。
- 在经典的计算机科学中，栈被定义为一种特殊的容器，用户可以将数据压入栈（Push）：将数据项添加到栈的顶部。这相当于把数据放到栈的最上面。出栈（Pop）：从栈的顶部移除数据项。这相当于移除栈顶的数据项。但是栈这个容器必须遵守一条规则：先入栈的数据后出栈（First In Last Out， FIFO）。就像一个桶，先放的东西最后才能拿出、
- 在计算机系统中，栈则是一个具有以上属性的动态内存区域。程序可以将数据压入栈中，也可以将数据从栈顶弹出。压栈操作使得栈增大，而弹出操作使得栈减小。
在经典的操作系统中，栈总是向下增长（由高地址向低地址）的，在我们常见的i386或者x86-64下，栈顶由成为 esp 的寄存器进行定位的
3.2、认识相关寄存器和汇编指令
3.2.1 相关寄存器
- 【eax】：通用寄存器，保留临时数据，常用于返回值
- 【ebx】 ：通用寄存器，保留临时数据
- 【ebp】：栈底寄存器
- 【esp】：栈顶寄存器
- 【eip】：指令寄存器，保存当前指令的下一条指令的地址
3.2.2 相关汇编命令
【mov】：数据转移指令
【push】：数据入栈，同时esp栈顶寄存器也要发生改变
【pop】：数据弹出至指定位置，同时esp栈顶寄存器也要发生改变
【add】：加法命令
【sub】：减法命令
【lea】 ：load effective address，加载有效地址
【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
【ret】：恢复返回地址，压入eip，类似pop eip命令
3.3、 解析函数栈帧的创建和销毁
- 首先我们达成一些预备知识才能有效的帮助我们理解，函数栈帧的创建和销毁。
3.3.1 预备知识
- 每一次函数调用，都要为本次函数调用开辟空间，就是函数栈帧的空间
- 这块空间的维护是使用了2个寄存器：
esp和ebp，【ebp】 记录的是栈底的地址，esp记录的是栈顶的地址
如图所示：
- 函数栈帧的创建和销毁过程，在不同的编译器上实现的方法大同小异，本次演示以VS2022为例。
3.3.2 代码和环境搭建
- 这段代码，如果我们在VS2019编译器上调试，调试进入Add函数后，我们就可以观察到函数的调用堆栈
#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; }
- 首先我们来做一些环境的搭建工作
- 首先直接在键盘上按下F10【笔记本按下Fn + F10】。
- 以往写代码的时候，我们都知道要写这么一个main函数，程序就是从这里开始运行的
- 接下去在按下F10后到监视窗口打开【调用堆栈】的窗口
- 然后就出现了这样的界面。此时我们的main函数就从第13行开始运行了
- 一直按F10，当调试箭头运行到第【22行】的时候，就会自动进入到exe_common.inl，此时我们就可以观察到底是哪个函数调用了main函数
- 通过下图可知是invoke_main这个函数调用的，我们了解到这里就可以了~~
- 然后，关掉这个【调用堆栈】的窗口后，重新调试起来
- 调出【反汇编】【内存】【监视】这三个窗口
【反汇编】
【内存】
【监视】
好，现在我们的环境已经全部搭建好了
3.3.3 函数栈帧的创建
- 接下去，我们正式开始分析函数栈帧究竟是如何创建的
- 去掉符号名，方便看内存
- 从上图看到已经进入到main函数了
- main函数是由invoke_main这个函数来进行调用的，所以我们先画出它的函数栈帧
- 首先看到左边的两个寄存器【esp】和【ebp】，分别用来维护栈顶和栈顶。
- 对于栈来说是从【高地址】向【低地址】使用的。
- 好，接下去的话就要执行第一条指令。将栈中push一个ebp，也就是将ebp中的值进行一个压栈的操作，此时的ebp中存放的是invoke_main函数栈帧的ebp
00EE18D0 push ebp
- 随着push入栈的操作，维护栈顶的esp就要往上
- 然后我们看寄存器的变化
- 我们再继续执行一下push这句指令，你就会发现【esp】中所存放的地址变小了，原来存的是【ebp】中的值，只是这个存放的形式是倒着存放的，是因为有大小端存储的问题
- 接下来第二条，【mov】，我们在上面有讲到过是一个数据转移指令，这条指令的含义就是把esp的值存放到ebp中去
00EE18D1 mov ebp,esp
- 此时相当于产生了main函数的【ebp】，这个值就是invoke_main函数栈帧的【esp】，从这里开始就要开始维护main函数的函数栈帧了
- 通过VS再来看一下，【ebp】中就会存放【esp】的地址了
第三条指令
- 接下来第三条，sub是一条减法命令，那意思就是让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
00EE18D3 sub esp,0E4h
- 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，临时数据以及调试信息等
- 通过图，此时你也可以认为【esp】指向了低地址的一块空间
- 来看一下寄存器中存放的内存变化
第四、五、六条指令
00EE18D9 push ebx //将寄存器ebx的值压栈，esp-4 00EE18DA push esi //将寄存器esi的值压栈，esp-4 00EE18DB 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
- 那随着寄存器的入栈，维护栈顶的寄存器也将发生变化
- 此时esp也随着压栈而变化
- 到VS里来看一下三次的变化：
第七、八、九、十条指令
- 下面的代码是在初始化main函数的栈帧空间，【非常重要】
00EE18DC lea edi,[ebp-24h] 00EE18DF mov ecx,9 00EE18E4 mov eax,0CCCCCCCCh 00EE18E9 rep stos dword ptr es:[edi]
上面的这段代码最后4句，等价于下面的伪代码：
edi = ebp-0x24; ecx = 9; eax = 0xCCCCCCCC; for(; ecx = 0; --ecx,edi+=4) { *(int*)edi = eax; }
- 首先要来看的就是【lea】就是我们在上面讲到过的【load effective address】加载有效地址的意思，那也就是从【ebp】这个维护栈顶的寄存器减去24h的位置，加载到寄存器【edi】里面去
- 然后再将9放到【ecx】中去；以及将【0CCCCCCCCh】这块地址存到【eax】中去；
- 从【edi】所存放的这块地址的开始，每次初始化4个字节的数据，dword值就是4个字节的大小
- 这4句话的操作就是从edi开始，每次初始化4个字节的数据，总共初始化ecx次，初始化的内容为【0xCCCCCCCC】，总共初始化到ebp的地址结束
- 到这里，main函数才刚刚被初始化完成
- 那么里面的cccccccc是初始化的什么内容呢?–>我们来看一下
char arr[20]; printf("%s",arr);
- 可以看到上面的程序输出“烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫”这一串，是因为main函数调用时，在栈区开辟的空间的其中每一个字节都被初始化为0xCC，上图中arr数组是一个未初始化的数组，恰好在这块空间上创建的，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”，烫烫烫就这么来的
C语言之反汇编查看函数栈帧的创建与销毁（二） :https://developer.aliyun.com/article/1427058
