C语言函数栈帧的创建和销毁详解
写在前面
我们知道,每一次函数调用都需要在栈区上为其开辟一块空间,这块空间就叫做这个函数的栈帧。
而栈是从高地址向低地址延伸的。每个函数的每次调用,都有它自己独立的一个栈帧,这个栈帧中维持着所需要的各种信息。寄存器ebp指向当前的栈帧的底部(高地址),寄存器esp指向当前的栈帧的顶部(低地址)。
这样我们就了解了寄存器ebp和寄存器esp中存放的是地址,这两个地址是用来维护函数栈帧的。比如:调用main函数, 我们为main函数分配栈帧空间, 那么栈帧维护如下:
下面我们通过一段代码分析一下,函数栈帧创建和销毁的过程:(栈帧这部分内容在不同的编译器上实现存在差异, 但是思想大致都是一致的。本文是在vs2013编译器下实现的。)
#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);//计算a+b printf("%d\n", ret); return 0; }
我们在调试过程打开调用堆栈
可以看出,main函数是在__tmainCRTStartup函数内部被调用的,而__tmainCRTStartup函数又是在mainCRTStartup函数内部调用的。
为了能更加清楚的看到栈帧创建和销毁的过程,我们转到上面代码对应的反汇编代码:
int main(void) { 009D3F40 push ebp //将edp压入栈帧 009D3F41 mov ebp,esp //将esp的值赋给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);//计算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函数的调用 main函数栈帧的创建
经过刚才我们的理解,在准备调用main函数的时候,调用main函数的那个函数的栈帧已经开辟好了。
然后将ebp压入栈帧,保存了指向栈底的ebp的地址,而此时esp指向新的栈顶位置;接着将esp的值赋给了ebp,产生了新的ebp;用esp减去一个16进制数0E4H(这里就是为main函数预开辟空间)。紧接着三个压栈指令,分别将ebx,esi,edi,压入栈帧。加载完有效地址以后,将为main函数预开辟空间全部初始化为0xCCCCCCCC。最后创建了三个局部变量a,b,ret并进行了初始化。
Add函数的调用
函数传参
将b的值存入寄存器eax中,再将eax压入栈中;将a的值存入寄存器ecx中,再将将ecx压入栈中;这里看出参数是从右向左传递的。紧接着执行call指令,这里就是调用Add函数,同时将call指令的下一条指令的地址压入栈中,然后执行call指令的时候按F11 , 就进入了Add函数内部。
Add函数栈帧的创建
首先将main()函数的ebp压入栈,保存指向main()函数栈帧底部的ebp的地址,此时esp指向新的栈顶位置;将esp的值赋给ebp,产生新的ebp,即Add()函数栈帧的ebp;给esp减去一个16进制数0E4H,这里是为Add()函数预开辟空间;紧接着三个压栈指令,分别将ebx,esi,edi,压入栈帧。加载完有效地址以后,将为Add函数预开辟空间全部初始化0xCCCCCCCC。在紧接着创建了变量z,将形参的a和b相加的结果存储到z中;最后将结果存储到eax寄存器中,通过寄存器带回了函数的返回值。
Add函数栈帧的销毁
edi、esi、ebx依次出栈,esp 会向下移动;然后将ebp的值赋给esp,使esp指向ebp指向的地方;接着ebp 出栈,同时将出栈的内容给ebp,此时ebp又指向了main函数栈帧的底部,最后执行ret 指令,表示出栈一次,并跳转到出栈的内容的地址处,也就是call指令的下一条指令处。
main函数栈帧的销毁
main函数栈帧的销毁和Add函数栈帧销毁的过程的思想都是一样的,这里就不做多赘述了。
总结
通过上面的例子,我们知道了局部变量是如何创建的,知道了为什么创建局部变量不初始化,会导致里面的内容是随机值;对函数是如何传参的,以及传参顺序是如何也有了较为深入的了解。
本篇文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注脚本之家的更多内容!
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