深度剖析c语言程序 -- 函数栈帧的创建和销毁(纯肝货)-1

什么是函数栈帧❓

    我们在写C 语言代码的时候，经常会把一个独立的功能抽象为函数，所以 C程序是以函数为基本

单位的。那函数是如何调用的？函数的返回值又是如何待会的？函数参数是如何传递的？这些问

题都和函数栈帧有关系。

       函数栈帧（stack frame） 就是函数调用过程中在程序的调用栈（call stack）所开辟的空间， 这些空间是用来存放：

函数参数和函数返回值
临时变量（包括函数的非静态的局部变量以及编译器自动生产的其他临时变量）
保存上下文信息（包括在函数调用前后需要保持不变的寄存器）

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？
形参和实参的关系是什么呢？
函数调用结束后是如何返回的？

让我们一起走进函数栈帧的创建和销毁的过程中。

函数栈帧的创建和销毁解析

预备知识

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中（入栈，push ），也可以将已经压入栈中的数据弹出（出栈，pop ），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 ）。就像叠成一叠的术，先叠上去的书在最下面，因此要最后才能取出。
        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。

认识相关寄存器和汇编指令

相关寄存器

相关汇编命令                          

必备知识

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。

第2点如图所示：

       3.函数栈帧的创建和销毁过程，在不同的编译器下创建和销毁是略有差异的，但是大体逻辑是相差不大的，当编译器越高级的时候，函数栈帧的封装越不容易看，所以编译器的环境采用vs2013

演示代码：

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
    int z = 0;
    z = x + y;
    return z;
}
int main()
{
    int a = 3;
    int b = 5;
    int ret = 0;
    ret = Add(a, b);
    printf("%d\n", ret);
    return 0;
}

大体思路：

       每一个函数调用，都要在栈区创建一个空间

       由于栈区使用内存的时候，每一次函数调用都要在栈区上分配空间，是先使用高地址，再使用低地址

打开调试窗口，接着打开调用堆栈

从调用堆栈看到，原来main函数也被调用了，那么它是被谁调用呢？

在VS2013中，main函数也是被其他函数调用的,调用逻辑如下：

反汇编代码：

右击鼠标，打开反汇编

int main()
{
//函数栈帧的创建
00BE1820 push ebp
00BE1821 mov ebp,esp
00BE1823 sub esp,0E4h
00BE1829 push ebx
00BE182A push esi
00BE182B push edi
00BE182C lea edi,[ebp-24h]
00BE182F mov ecx,9
00BE1834 mov eax,0CCCCCCCCh
00BE1839 rep stos dword ptr es:[edi]
//main函数中的核心代码
    int a = 3;
00BE183B mov dword ptr [ebp-8],3
    int b = 5;
00BE1842 mov dword ptr [ebp-14h],5
    int ret = 0;
00BE1849 mov dword ptr [ebp-20h],0
    ret = Add(a, b);
00BE1850 mov eax,dword ptr [ebp-14h]
00BE1853 push eax
00BE1854 mov ecx,dword ptr [ebp-8]
00BE1857 push ecx
00BE1858 call 00BE10B4
00BE185D add esp,8
00BE1860 mov dword ptr [ebp-20h],eax
    printf("%d\n", ret);
00BE1863 mov eax,dword ptr [ebp-20h]
00BE1866 push eax
00BE1867 push 0BE7B30h
00BE186C call 00BE10D2
00BE1871 add esp,8
    return 0;
00BE1874 xor eax,eax
}

1. _tmainCRTStartup函数栈帧的创建(调用main函数的函数)

 我们已经知道了，main函数也是被调用的，画出函数栈帧图详解一波：

       栈空间的使用是，由高地址到低地址，而main函数是被_tmainCRTStartup的，所以esp与ebp就维护当前的栈帧

       ①执行push操作

       这时候F10按一下， 执行一下push让ebp这个地址压栈

       怎么证明ebp压栈成功？

       所以说，esp这个栈顶指针指向了ebp这个压栈的值：

       ②接下来执行mov指令，就是把esp的值赋值给ebp

如下图:

       ③然后执行sub指令，让esp减去0E4h，换成二进制就是228,,整体流程下图：

       当①②执行完后，其实_tmainCRTStartup栈帧的空间已经开辟完毕，当③执行完后，调用了main函数，此时esp、ebp就预开辟好了一块空间给main函数，并维护该栈帧，如下图

2.函数栈帧的创建

       接着上文的内容，画出该图：

       接着依次push三个寄存器ebx,esi,edi的值入栈中，esp往低地址处移动

通过监视可以看一看

画出图如下：

接下来看这四条指令：

①lea edi, [ebp+FFFFFF1Ch]

解析：

[ebp+FFFFFF1Ch]显示符号名去掉，也就是[ebp-0E4h] (也就是和[esp - OE4h]是同一个位置)

lea - 加载有效地址,即将[ebp-0E4h]的地址加载到edi寄存器中，[ebp-0E4h] - 指向ebp(基准指针寄存器)上减去0E4h(232)个字节位置的内存单元

②mov ecx,39h(准确的次数)

解析:

将立即数 39h 复制到 ecx 寄存器中，使 ecx 寄存器的内容变为 39h（十进制的57）。

③mov  eax,0cccccccCh

解析：

这条指令将立即数 0cccccccCh 复制到 eax 寄存器中，使 eax 寄存器的内容变为 0cccccccCh

④rep stos dword ptr es : [edi]

解析：

rep 是重复前缀，用于指示指令要重复执行多次，执行的次数由 ecx 寄存器中的计数值决定。

stos 是字符串存储 (Store String) 的缩写，用于将数据存储到字符串中。

dword ptr 指明操作数的大小为双字（32位），用于指示要存储的数据的大小。

es：[edi] 是目标操作数，表示将数据存储到以 es 寄存器为段地址，edi 寄存器为偏移地址的内存位置。

       第④点整体来看:该指令的作用是将 eax 寄存器中的值重复写入到以 es:[edi] 为起始地址的内存位置。执行次数由 ecx 寄存器中的计数值确定。

       整体①②③④来看:

       要把edi这个位置开始(也就是[ebp-0E4h]的地址)，向下空间的ecx(次数)放的39h这个值，这么多个dword(4个字节)的数据全部都改成0CCCCCCCCh，图解在下面：

        到这，main函数的开辟已经执行完了。

深度剖析c语言程序 -- 函数栈帧的创建和销毁(纯肝货)-2

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