C语言：函数栈帧与销毁

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3.1 什么是栈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3.3.1函数的调用堆栈一、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ebpesp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 ebppush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ebpsub 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a10存储到[ebp-8]中mov dword ptr [ebp-14h],14h将b20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 ebpesp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。