文章目录
- 一、什么是函数栈帧
- 二、理解函数栈帧能解决什么问题
- 三、函数栈帧的创建和销毁解析
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- [3.1 什么是栈](#3.1 什么是栈)
- [3.2 认识相关寄存器和汇编指令](#3.2 认识相关寄存器和汇编指令)
- [3.3 解析函数栈帧的创建和销毁](#3.3 解析函数栈帧的创建和销毁)
一、什么是函数栈帧
我们在写C语言程序时，会将一个独立的功能封装成一个函数，所以C语言是以函数作为基本单位的。函数栈帧(Stack Frame)是指我们每次调用函数时，都会在栈上分配一段内存区域，用于储存这次调用函数所包含的信息。
这些信息包含：
- 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）
二、理解函数栈帧能解决什么问题
只要理解了函数栈帧的创建和销毁，我们就能理解以下的问题了。
- 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？
- 函数的返回值是如何带回的？
三、函数栈帧的创建和销毁解析
3.1 什么是栈
栈(Stack)是一种后进先出(LIFO)的线性的数据结构。只允许在一段进行插入或者删除。有两种操作，一种是压栈(Push)，一种是出栈(Pop).在经典的操作系统中，栈栈总是向下增长（由高地址向低地址）的。
3.2 认识相关寄存器和汇编指令
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
ecx: 计数寄存器，常用于循环计数和字符串操作中的重复次数
edx: 数据寄存器，常用于 I/O 操作地址和配合 eax 进行乘除法运算
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
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
sub：减法命令
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
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
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，esp记录的是栈顶的地址。ebp记录的是栈底的地址。
栈的使用是从高地址到低地址的
我们从上图可以看出，在调用main函数之前，是由invoke_main函数来调用main函数的。如下图，invoke_main函数应该会有自己的栈帧，main函数和Add函数也会维护自己的栈帧，每个函数栈帧都有自己的ebp 和esp 来维护栈帧空间。
3.3.1函数的调用堆栈
这段代码是使用vs2022编译器进行调试。首先按F10进行调试后，按照以下步骤进行操作
转到反汇编后，我们需要将左边图看懂就需要点击鼠标右键，将显示符号名勾选掉后就会变成右图。
main函数栈帧的开辟
1 push ebp
push：压栈(给栈顶放一个元素)，可以从下图中看出。
2 mov ebp,esp:将esp的地址给ebp
sub esp,0e4h：让esp减去0e4h(228)
如下图所示
3 然后push三次后，每push一次，esp会向上走，如图所示
4 lea edi,ebp-24h:lea:load effective address;也就是将ebp-24h的地址放到edi中去
mov ecx,9 :将9放到ecx中
mov eax,0CCCCCCCCh：将0CCCCCCCCh放到eax中
rep stos dword ptr es:edi：要把从edi开始向下的9次全部初始化为0CCCCCCCCh，直到ebp结束。
如图所示
5 mov ecx,12C008h：将12C008h放到ecx中
call 0012132F：调用0012132F位置的函数
nop：空操作
这三句主要是把参数 0x12C008 传给函数 0x0012132F 并调用它
main函数中局部变量变量的创建
mov dword ptr ebp-8,0Ah：将a=10存储到ebp-8中
mov dword ptr ebp-14h,14h：将b=20存储到ebp-14h中
如图所示
因此我们从以上的汇编可以知道的是首先我们会开辟一个main的函数栈帧，然后将main函数中这些变量放到里面去。
假设我们a只创建而没有赋值，就会出现结果为cccccccc（烫烫烫）的结果，也就是随机值 。
Add函数传参和调用
mov eax,dword ptr ebp-14h：将地址ebp-14h储存的值放到eax中
push eax：压栈
mov ecx,dword ptr ebp-8：将 地址ebp-8储存的值放到ecx中
push ecx：压栈
这四步实际是函数的传参
call 001210B9：调用函数，操作需要按F11。如图所示
为什么要压栈一个这个地址呢？
当我们执行完Add函数后需要回到下一条指令，因此需要记录这个地址
进入Add函数后，和上面main函数一样，也需要创建Add函数的栈帧与初始化
Add函数调用
从图中我们可以看到形参是实参的一份临时的拷贝，改变形参是影响不到实参的
对于Add传参Add(a,b),从图中可以看到是先传的b后传的a，然后当需要进行运算相加时，我们从图中看到的是它直接去寻找之前所压栈过来的a和b，而不是Add自己创建的 。
而对于函数结果的返回，当我们函数调用结束后不是销毁了吗，为什么会返回值呢？
从图中可以看出我们将z的值给了eax这个寄存器，z是临时变量销毁了，而寄存器不会，后面是使用的寄存器里面的值
当这个函数运行完时，我们需要对它进行销毁，如下图所示，这里面的cmp ebp，esp：是为了比较它们的存储的栈指针是否相同，为了保证栈返回到该返回的地方。然后ret，就是回到之前call指令的下一条指令的地址
我们从图中可以看出，当执行了这一条指令时，我的形参就销毁了，随后将之前的eax的值给我们的ret这个变量。
