【C语言】深入浅出讲解函数栈帧(超详解 | 建议收藏)
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文章目录
- 前言
- 一、寄存器概念
- 寄存器百度百科简介：
- 寄存器最起码具备的4种功能
- 寄存器的类型
- 指针和变址寄存器
- 两个特别的寄存器
- 二、函数栈帧的指令介绍
- 函数栈帧中的几个重要指令
- 所用用到的指令
- 三、函数栈帧的创建
- 函数__tmainCRTStartup的建立
- main函数建立
- Add函数建立
- 四、函数栈帧的销毁
- 总结
前言
之前学习C语言函数递归的时候，遇到了许多的疑惑和困难，所以今天就讲一讲函数递归的一些基本原理—函数栈帧的创建与销毁，来揭开函数递归的神秘面纱。
之前学习递归的时候产生的疑惑：
- 局部变量是怎么创建的？
- 为什么局部变量的值是随机值？
- 函数是怎么传参的？传参的顺序又是怎样的？
- 形参和实参是什么关系？
- 函数调用是怎么做的？
- 函数调用结束后是怎么返回的？
而这些疑惑，今天我都会带着大家解开。并且今天的内容，建议使用的环境是Visual Studio 2013，建议不要使用太高级的编译器，因为我们在学习的过程中需要随时对我们的程序运行过程进行观测，而越是高级的编译器会自动优化，封装更加复杂，随之而来的就是越不容易学习和观察。
并且，在不同的编译器下，函数调用过程中栈帧的创建和销毁大体逻辑上是相同的，但细节上是略有差异的，具体细节取决于编译器的实现。
一、寄存器概念
在开始了解函数栈帧的创建与销毁之前，我们首先要了解一下计算机CPU内部的重要组成——寄存器。
寄存器百度百科简介：
寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。其实寄存器就是一种常用的时序逻辑电路，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的，因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数，所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄存器。寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。
寄存器最起码具备的4种功能
-
清除数码：将寄存器里的原有数码清除。 -
接收数码：在接收脉冲作用下，将外输入数码存入寄存器中。 -
存储数码：在没有新的写入脉冲来之前，寄存器能保存原有数码不变。 -
输出数码：在输出脉冲作用下，才通过电路输出数码。
仅具有以上功能的寄存器称为数码寄存器；有的寄存器还具有移位功能，称为—移位寄存器。
寄存器的类型
- 通用寄存器组
- 指针和变址寄存器
- 段寄存器
- 指令指针寄存器IP
- 标志寄存器FR
指针和变址寄存器
两个特别的寄存器
-
EBP：扩展基址指针寄存器(extended base pointer)，其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的栈底。
-
ESP：扩展堆栈指针寄存器(extended stack pointer)，其内存放着一个指针，该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的栈顶。
二、函数栈帧的指令介绍
对于每一个函数在进行创建和使用时，都会在内存中创建一块临时空间，并在临时空间内进行函数的处理。
每一个函数被创建就会在栈上创建一块空间，并且会使EBP与ESP来进行维护，也就是说，ESP与EBP是专门维护新创立的函数的。
函数栈帧中的几个重要指令
- push—学过c++的stl的同学我感觉应该熟悉，push意思就是推、压，这里就是创建一块空间。
- sub—就是相减，作差。
- mov—就是赋值的意思。
- lea，mov，mov，rep stos的意思是，把lea这个为起始到reo stos这里之间的16进制数字，将第一个mov的值全部改写成第二个mov的值。
- pop—学过stl的其实知道就是减，其实应用这里就是释放栈帧其实就是销毁。
所用用到的指令
int main()
{
001C18B0 push ebp
001C18B1 mov ebp,esp
001C18B3 sub esp,0E4h
001C18B9 push ebx
001C18BA push esi
001C18BB push edi
001C18BC lea edi,[ebp-24h]
001C18BF mov ecx,9
001C18C4 mov eax,0CCCCCCCCh
001C18C9 rep stos dword ptr es:[edi]
001C18CB mov ecx,1CC008h
001C18D0 call 001C131B int a = 10;
001C18D5 mov dword ptr [ebp-8],0Ah int b = 20;
001C18DC mov dword ptr [ebp-14h],14h int c = Add(a, b);
001C18E3 mov eax,dword ptr [ebp-14h]
001C18E6 push eax
001C18E7 mov ecx,dword ptr [ebp-8]
001C18EA push ecx
001C18EB call 001C10B4
001C18F0 add esp,8
001C18F3 mov dword ptr [ebp-20h],eax printf("%d + %d = %d\n", a, b, c);
001C18F6 mov eax,dword ptr [ebp-20h]
001C18F9 push eax
001C18FA mov ecx,dword ptr [ebp-14h]
001C18FD push ecx
001C18FE mov edx,dword ptr [ebp-8]
001C1901 push edx
001C1902 push 1C7B30h
001C1907 call 001C10D2
001C190C add esp,10h return 0;
001C190F xor eax,eax
}
001C1911 pop edi
001C1912 pop esi
001C1913 pop ebx
001C1914 add esp,0E4h
001C191A cmp ebp,esp
001C191C call 001C1244
001C1921 mov esp,ebp
001C1923 pop ebp
001C1924 ret
（一）这里先写一个程序以便于后续的讲解：
#includeint Add(int x,int y)
{int z=0;z=x+y;return z;
}int main()
{int a=10;int b=20;int c=0;c=Add(a,b);printf("%d\n",c);return 0;
}
（二）这里根据VS2013就可以看到这里的指令
这里是为了main函数做准备，所以下面就开始讲解函数栈帧的
三、函数栈帧的创建
函数__tmainCRTStartup的建立
（一） 指令1.push
（二） 指令2.move
（三） 指令3.sub
（四） 指令4，5，6.push
前面指令的汇总：
（五） 指令7，8，9，10
PS：mov39h个内容，全部改成0cccccccch
dword是四个字节的意思
main函数建立
（一） 指令1.将0Ah赋值给[ebp-8]
（二） 指令2.将14h赋值给[ebp-14h]
（三） 指令3.将0赋值给[ebp-20h]
Add函数建立
这里没见过的 详细讲，见过的就不说了。比如push
指令1.把[ebp-14h]放到eax
指令2.把[ebp-8]放到ecx
指令3.call指令
这里由于前面讲解，并且指令简单，所以就直接给大家上图啦~
以上是整理栈帧建立的知识图谱
四、函数栈帧的销毁
三连pop之后就是把我的ebp赋值给esp
最后，执行最后一条ret指令，而此时 ret 指令要回到的，又恰恰是此前 call 指令存储在EBP弹出后变为栈顶的那个地址：00C21450
然后按照指令依次释放就算是销毁了之前的函数栈帧，直到主函数的return 0；
总结
写到这里，函数栈帧的创建以及销毁算是讲完了，但是奈不住我讲的不好或者同学们没听懂，我的建议是给我提意见或者仔细多看几遍，这样才能学明白函数栈帧。
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