C语言函数栈帧的创建与销毁详解

前言

大家在学习的时候一定有以下困惑： 局部变量是怎么创建的？为什么局部变量的值是随机值？函数是怎么传参？传参的顺序是怎样的？形参与实参是什么关系？函数调用是怎么做到的？函数调用完成不是销毁了吗，如何带回的返回值？

以上这些都可以通过了解函数栈帧的创建与销毁来理解。接下来我就带大家来了解函数栈帧的创建与销毁。

本次使用的编辑器是VS2013，因为越先进的编辑器，越不容易观察到底层。好了，我们回到正题。

一、函数栈帧是什么？

1.寄存器

寄存器里有eax，ebx，ecx，edx，ebp，esp等，我们今天要重点了解的是ebp与esp这两个寄存器。

2.ebp与esp

这两个寄存器中存放的是地址，整两个地址使用来维护函数栈帧的。每一个函数调用，都要在栈区创建一个空间，这块空间叫做函数栈帧，用esp与ebp来维护。

二、函数栈帧的创建

1.代码块

#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 ret = Add(a, b);
	printf("ret=%d\n", ret);
	return 0;
}

这个代码只是一个很简单的实现了加法函数，不用多说。

2.调用堆栈

接下来开始调试程序来看底层代码如何实现，首先打开调用堆栈

从这里可以清楚地知道，main函数之前还有两个函数在调用，所以大家平时认为的main函数就是最初的开始是错误的哦。

3.esp与ebp如何维护栈帧

在栈的使用中，是从高地址开始的。其中ebp指向栈底，esp指向栈顶。

main函数被调用后，程序会为main函数分配栈空间。接下来调试并右击鼠标转到反汇编。可以看到

这些代码的意思是

将ebp的值压栈，然后将esp赋给ebp，给esp减去0E4h的大小，之后分别将ebx，esi，edi压栈

压栈的意思是将元素放到栈顶。在上面调用堆栈可以看到main函数由__tmainCRTStartup调用。图解如下：

值得一提的是，在栈顶放元素是esp会自动指向新放元素的上方。

上图中我们很容易的看出在调用main函数是为main函数开辟的栈空间即栈帧，并且将esp的值给ebp，ebp和esp指向同一块空间，然后esp变小指向上面的区域，接下来将ebx，esi，edi压栈。

接下来这四句，lea是加载有效地址，从上图中，我们知道ebp指向的地址，那么edi存放的就是ebp-0E4h的地址也就是③esp处的地址，最后一句rep stos dword ptr es:[edi] 意思是从edi里面重复拷贝ecx次eax的内容。一次拷贝四个字节，dword是四个字节的意思。

接下来这三个汇编代码的意思就是将值放入相应的空间。至于为什么是为什么是ebp-8和ebp-20，这个和编译器有关，就不过多叙述。

由汇编代码可知，接下来就开始创建形式参数，将要传递的参数值存入eax与ecx这两个寄存器中并压入栈顶，所以创建的形式参数并不在add函数的函数栈帧哦，并且我们之前常说的形参是实参的一份临时拷贝无疑是非常正确的。

接下来开始add函数调用。call是调用的意思，后面是add函数的地址用来找到调用函数。这里值得一提的是call指令下一条指令的地址被存储来方便执行完add函数可以跳回来。

Add函数创建栈帧的过程其实和main函数一样的，先将ebp压栈方便找到指向main函数栈底的空间，再将esp的地址存放到ebp里面，此时，esp和ebp指向同一位置，再将esp上移0CCh个位置，然后就是ebx，esi，edi压栈，这里不多作说明，由下图可清晰理解：

接下来初始化z与执行加法也没什么要说的，z=x=y是找到之前创建的形参来进行加法。并将结果移动到z里。

返回z的操作是将z的值存放到eax这个寄存器中，所以函数销毁变量与返回的值这个操作并不冲突。

最后销毁add函数栈帧，pop就是弹出元素然后把元素放入后面的寄存器，每次pop都会销毁一个栈顶元素然后esp自动++往下挪移。三下pop之后要回收空间了，操作是把ebp的值传给esp这样esp指向的空间是main函数的栈顶，然后popebp这个操作会将之前栈底存放的之前存放的main函数的栈底指针传给ebp，这样ebp就指向了main函数的栈底。如下图：

接下来销毁main函数的操作也与之前一样，就不细说了。

总结