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函数栈帧的创建和销毁

在不同的编译器下，函数调用过程中栈帧的创建是略有差异的，具体取决于编译器的实现！

且需要注意的是，越高级的编译器越不容易观察到函数栈帧的内部的实现；

关于函数栈帧的维护这里我们要重点介绍两个寄存器：ebp和esp；

这两个寄存器存放的是用来维护函数栈帧的地址！

每一个函数调用，都要在栈区创建一个空间！

问题：什么是函数栈帧？

函数栈帧实际上就是函数运行时栈上的一块空间！用于存储相对应的临时数据！

接下来讲解以x86系统为例：

这里对函数栈帧管理就是靠这两个寄存器：

• ebp：被称为基址指针，指向栈帧的底部，（高地址处，且是固定位置！）；
• esp：被称为栈顶指针，指向栈帧的顶部，（低地址处，地址可变）；

这里需要注意的是，对于栈来说，是优先使用高地址的（栈的特性！）！ 

问题：那么函数的栈帧中都存放了哪些数据？

从低地址到高地址依次存放了：

• 调用栈帧的基址指针（ebp）--- 用于函数调用后恢复栈帧状态；
• 下一条指令的地址 --- 执行完该函数后跳转到下一条指令；
• 被调用的函数的参数（形参） --- 需要注意的是会从右到左进行压栈；
• 被调用函数的局部变量和临时数据；
• 寄存器的上下文（例如调用函数期间，使用的ebx、esi、edi等寄存器）；

问题：main函数会被其他函数调用吗？ 

需要注意的是，main函数也是可以被其他函数调用的：

即__tmainRTStartup会调用main函数！

问题：那么哪个谁调用 __tmainRTStartup这个函数？

__tmainRTStartup会被mainCRTStartup这个函数调用！

所以，这里我们总结一下：

因此，假如说当前我们的main函数里面调用了一个简单的add函数，那么：

中间绿色的框是我们对应的main函数的调用堆栈，而在调用main函数之前，会先调用__tmainRTStartup和mainRTStartup这两个函数！

而add函数在main函数上面，也就是对应的压栈！

问题：但是函数栈帧中具体是怎么进行相关操作的？

示例代码操作

这里我们以一个简单的代码为例，讲解一下对应的相关操作：

其对应的汇编代码如下所示：

需要注意的是，在调用main函数之前，调用main函数的那两个函数的栈帧已经被创建好了！

这里我们对上面出现的汇编指令做一些简单的解释：

• push实际上就是压栈，将对应的数据压入栈中；
• mov：实际是就是赋值，这里mov ebp esp实际上就是把esp赋值给ebp；
• sub：减去对应的地址；
• lea（load effecitive address）：计算内存地址并存入到寄存器当中（不访问内存，仅计算结果）；

这里实际上lea到rep stos这四行汇编代码的作用就是将对应的栈的空间的数据都初始化为cc！

• 压栈：在栈顶上放一个元素；
• 出栈：从栈顶删除一个元素；

 截止到现在，做的都是初始化相关的任务，此时才开始到函数体内执行对应的任务；

假设每一行代表4个字节：

表示的就是将10这个值放到ebp-8的位置处；

         可以看到，也就是在ebp-8的位置上放10！

        需要注意的是，上面这里我们是把10放进入了，如果没有把10放进入，此时就是默认提供的随机值，因此在C语言中，如果我们没有进行初始化经常会打印出一堆烫烫烫烫（此时就是对应的内存栈上放的是一堆cccc）；

此时可以看到对应的内存对其进行了修改(小端存储) 

接下来我们再看int b = 20;这条汇编代码：

dword ptr [ebp-14h], 14h

这段代码实际上就是在ebp-14h这个地址处，填充数字20；

对应的示意图如下所示：

 接下来我们再把int c = 0;也是在对应的栈上进行初始值：

当我们定义好对应的变量时，此时我们会调用add函数：

接下来我们按照对应的汇编代码进行分析：

• 这里eax指向[ebp -14h]，也就是让eax指向b；
• 然后对eax进行压栈；
• 接下来让ecx的值指向[ebp-8]，也就是ecx指向a；
• 然后在对ecx进行压栈；

即截止到现在，我们进行的任务就是我们对应的传参工作！

 接下来这里我们要调用对应的call指令：

call指令此时会跳转地址，即这里会跳转到我们对应的红色线框对应的地址！

这里需要注意的是，call完成了两个任务：

• 将下一条指令的地址(00C21450)进行压栈，压入到栈中；
• 跳转到对应的地址执行函数体；

接下来就跳转到对应的函数体当中：

其中，上面一堆的逻辑和main函数一样，都是开辟对应的空间，然后进行初始化；

实际上代码逻辑和我们上面讲的是一样的；

此时，我们依然假设每一行是4个字节，即此时每一行可以代表一个整形：

接下来我们依次看对应的汇编代码：

int z = 0;
mov dword ptr [ebp-8,0]

 这里实际上就是把ebp-8指向的这个空间初始化为0；

然后这里把[ebp+8]的值赋值给eax当中：

这里[ebp+8]的值实际上就是之前我们的ecx的值也就是10！

然后再加上[ebp+och]的值，och换算为10进制为12，也就是这里我们之前eax的值！

加完之后，再把算出来的结果返回到ebp-8当中，也就是z！

问题：我们在函数栈帧中有创建对应的形参吗？

没有！在我们call进入函数体之前，我们就通过形参压栈到对应的栈帧当中！

并且参数的压栈顺序是从右向左！

问题：如何再理解形参是实参的一份临时拷贝呢？

这里我们在梳理下逻辑：

• 在调用add函数之前，会对形参从右到左进行一份拷贝；
• 而形参是调用函数之前，从main函数里面拷贝的实参！

可以看到上面的ecx和eax是对应的a和b的一份临时拷贝！

所以改变形参不会改变对应的实参！

接下来我们再回到上面对应的代码当中：上面我们只是把计算的值写入到了z当中；

这里我们重点看return z的汇编代码：

mov eax,dword ptr[ebp-8]

这里是把对应的返回值存入到了eax寄存器当中；

需要注意的是寄存器的值不会随着函数栈帧被销毁而丢失！

接下来执行pop对应的汇编代码，这里也就是出栈，对应的esp栈顶指针会进行移动：

由于此时结果已经运行出来，保存到了eax寄存器当中，所以这里接下来直接对栈帧销毁即可！

这里直接进行：

mov ebp,esp

此时栈顶指针直接指向栈底指针！

然后让栈底指针进行出栈：

pop ebp

 实际上就是将add函数的栈底指针出栈，恢复到main函数当中；

pop：不仅对应的空间进行出栈，此时esp还需要+4个字节的地址；

ret

 ret指令实际上就是从栈顶跳出之前call的下一条指令的地址，然后跳转过去；

需要注意的是：ebp和esp维护的是当前执行的函数的栈帧空间，而不是整个程序的栈帧空间！

接下来就返回到执行call之后的部分：

这里执行对esp执行add，实际上就是将对应的压栈的形参进行销毁；

此时上面压栈的两个形参也会被销毁掉； 

然后将eax的值赋值给[ebp - 20h]这个位置！

那么这个ebp-20是什么呢？

实际上就是我们对应的参数c的值，这里把计算返回的值交到c当中！

讲到这里，我们就实现了从计算值然后从函数栈帧返回出来的处理；

main函数的函数栈帧和add的大同小异，所以这里我们就不再过多介绍了！

所以接下来我们就可以回答一些问题了：

问题：为什么局部变量不初始化的时候是随机值呢？

因为这里的局部变量是我们按要求设置的，例如vsstudio都初始化为cc；

问题：函数是如何进行传参的？

实际上当我们还没有调用函数的时候，此时形参就进行从右到左依次进行压栈处理（临时拷贝一份）；

问题：函数调用的结果怎么返回？

值保存到寄存器当中，例如eax当中；且call会对下一条指令的地址进行压栈，运行结束后再取出地址；