C語言函數(shù)棧幀的創(chuàng)建和銷毀詳解
寫在前面
我們知道,每一次函數(shù)調用都需要在棧區(qū)上為其開辟一塊空間,這塊空間就叫做這個函數(shù)的棧幀。
而棧是從高地址向低地址延伸的。每個函數(shù)的每次調用,都有它自己獨立的一個棧幀,這個棧幀中維持著所需要的各種信息。寄存器ebp指向當前的棧幀的底部(高地址),寄存器esp指向當前的棧幀的頂部(低地址)。
這樣我們就了解了寄存器ebp和寄存器esp中存放的是地址,這兩個地址是用來維護函數(shù)棧幀的。比如:調用main函數(shù), 我們?yōu)閙ain函數(shù)分配棧幀空間, 那么棧幀維護如下:

下面我們通過一段代碼分析一下,函數(shù)棧幀創(chuàng)建和銷毀的過程:(棧幀這部分內容在不同的編譯器上實現(xiàn)存在差異, 但是思想大致都是一致的。本文是在vs2013編譯器下實現(xiàn)的。)
#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
int z = 0;
z = x + y;
return z;
}
int main(void)
{
int a = 10;
int b = 20;
int ret = 0;
ret = Add(a, b);//計算a+b
printf("%d\n", ret);
return 0;
}
我們在調試過程打開調用堆棧

可以看出,main函數(shù)是在__tmainCRTStartup函數(shù)內部被調用的,而__tmainCRTStartup函數(shù)又是在mainCRTStartup函數(shù)內部調用的。
為了能更加清楚的看到棧幀創(chuàng)建和銷毀的過程,我們轉到上面代碼對應的反匯編代碼:
int main(void)
{
009D3F40 push ebp //將edp壓入棧幀
009D3F41 mov ebp,esp //將esp的值賦給edp
009D3F43 sub esp,0E4h //esp-0E4h
009D3F49 push ebx
009D3F4A push esi
009D3F4B push edi
009D3F4C lea edi,[ebp+FFFFFF1Ch]
009D3F52 mov ecx,39h
009D3F57 mov eax,0CCCCCCCCh
009D3F5C rep stos dword ptr es:[edi]
int a = 10;
009D3F5E mov dword ptr [ebp-8],0Ah
int b = 20;
009D3F65 mov dword ptr [ebp-14h],14h
int ret = 0;
009D3F6C mov dword ptr [ebp-20h],0
ret = Add(a, b);//計算a+b
009D3F73 mov eax,dword ptr [ebp-14h]
009D3F76 push eax
009D3F77 mov ecx,dword ptr [ebp-8]
009D3F7A push ecx
009D3F7B call 009D11F9
009D3F80 add esp,8
009D3F83 mov dword ptr [ebp-20h],eax
printf("%d\n", ret);
009D3F86 mov esi,esp
009D3F88 mov eax,dword ptr [ebp-20h]
009D3F8B push eax
009D3F8C push 9D5860h
009D3F91 call dword ptr ds:[009D9118h]
009D3F97 add esp,8
009D3F9A cmp esi,esp
009D3F9C call 009D1140
return 0;
009D3FA1 xor eax,eax
}
009D3FA3 pop edi
009D3FA4 pop esi
009D3FA5 pop ebx
009D3FA6 add esp,0E4h
009D3FAC cmp ebp,esp
009D3FAE call 009D1140
009D3FB3 mov esp,ebp
009D3FB5 pop ebp
009D3FB6 ret
main函數(shù)的調用 main函數(shù)棧幀的創(chuàng)建
經(jīng)過剛才我們的理解,在準備調用main函數(shù)的時候,調用main函數(shù)的那個函數(shù)的棧幀已經(jīng)開辟好了。

然后將ebp壓入棧幀,保存了指向棧底的ebp的地址,而此時esp指向新的棧頂位置;接著將esp的值賦給了ebp,產(chǎn)生了新的ebp;用esp減去一個16進制數(shù)0E4H(這里就是為main函數(shù)預開辟空間)。緊接著三個壓棧指令,分別將ebx,esi,edi,壓入棧幀。加載完有效地址以后,將為main函數(shù)預開辟空間全部初始化為0xCCCCCCCC。最后創(chuàng)建了三個局部變量a,b,ret并進行了初始化。
Add函數(shù)的調用
函數(shù)傳參

將b的值存入寄存器eax中,再將eax壓入棧中;將a的值存入寄存器ecx中,再將將ecx壓入棧中;這里看出參數(shù)是從右向左傳遞的。緊接著執(zhí)行call指令,這里就是調用Add函數(shù),同時將call指令的下一條指令的地址壓入棧中,然后執(zhí)行call指令的時候按F11 , 就進入了Add函數(shù)內部。
Add函數(shù)棧幀的創(chuàng)建

首先將main()函數(shù)的ebp壓入棧,保存指向main()函數(shù)棧幀底部的ebp的地址,此時esp指向新的棧頂位置;將esp的值賦給ebp,產(chǎn)生新的ebp,即Add()函數(shù)棧幀的ebp;給esp減去一個16進制數(shù)0E4H,這里是為Add()函數(shù)預開辟空間;緊接著三個壓棧指令,分別將ebx,esi,edi,壓入棧幀。加載完有效地址以后,將為Add函數(shù)預開辟空間全部初始化0xCCCCCCCC。在緊接著創(chuàng)建了變量z,將形參的a和b相加的結果存儲到z中;最后將結果存儲到eax寄存器中,通過寄存器帶回了函數(shù)的返回值。
Add函數(shù)棧幀的銷毀

edi、esi、ebx依次出棧,esp 會向下移動;然后將ebp的值賦給esp,使esp指向ebp指向的地方;接著ebp 出棧,同時將出棧的內容給ebp,此時ebp又指向了main函數(shù)棧幀的底部,最后執(zhí)行ret 指令,表示出棧一次,并跳轉到出棧的內容的地址處,也就是call指令的下一條指令處。
main函數(shù)棧幀的銷毀

main函數(shù)棧幀的銷毀和Add函數(shù)棧幀銷毀的過程的思想都是一樣的,這里就不做多贅述了。
總結
通過上面的例子,我們知道了局部變量是如何創(chuàng)建的,知道了為什么創(chuàng)建局部變量不初始化,會導致里面的內容是隨機值;對函數(shù)是如何傳參的,以及傳參順序是如何也有了較為深入的了解。
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