函数栈帧的创建和销毁(1)

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目录:

1. 什么是函数栈帧

2. 理解函数栈帧能解决什么问题呢?

3. 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 预备知识

3.3.2 函数的调用堆栈

3.3.4 准备环境

3.3.5 转到反汇编

3.3.6 函数栈帧的创建

3.3.7 函数栈帧的销毁

1. 什么是函数栈帧

我们在写C语言代码的时候,经常会把一个独立的功能抽象为函数,所以C程序是以函数为基本单位的。
那函数是如何调用的?函数的返回值又是如何待会的?函数参数是如何传递的?这些问题都和函数栈帧有关系。

函数栈帧(stack frame)就是函数调用过程中在程序的调用栈(call stack)所开辟的空间,这些空间是用来存放:

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)。

2. 理解函数栈帧能解决什么问题呢?

只要理解了函数栈帧的创建和销毁,以下问题就能够很好的额理解了:
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会的?

3. 函数栈帧的创建和销毁解析 

3.1 什么是栈?

栈(stack)是现代计算机程序里最为重要的概念之一,几乎每一个程序都使用了栈,没有栈就没有函数,没有局部变量,也就没有我们如今看到的所有的计算机语言。

在经典的计算机科学中,栈被定义为一种特殊的容器,用户可以将数据压入栈中(入栈push),也可以将已经压入栈中的数据弹出(出栈,pop),但是栈这个容器必须遵守一条规则:先入栈的数据后出栈(First In Last Out, FIFO)。就像叠成一叠的术,先叠上去的书在最下面,因此要最后才能取出。
在计算机系统中,栈则是一个具有以上属性的动态内存区域。程序可以将数据压入栈中,也可以将数据从栈顶弹出。压栈操作使得栈增大,而弹出操作使得栈减小。
在经典的操作系统中,栈总是向下增长(由高地址向低地址)的。
在我们常见x86-64下,栈顶由成为esp 的寄存器进行定位的。

3.2 认识相关寄存器和汇编指令

相关寄存器

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 相关汇编命令

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 3.3 解析函数栈帧的创建和销毁

 3.3.1 预备知识

首先我们达成一些预备知识才能有效的帮助我们理解,函数栈帧的创建和销毁。

1. 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。
2. 这块空间的维护是使用了2个寄存器: esp 和ebp , ebp 记录的是栈底的地址, esp 记录的是栈顶的地址。

如图所示:

1dc3584897804fe6bef6aa0c05365045.png

函数栈帧的创建和销毁过程,在不同的编译器上实现的方法大同小异,本次演示以VS2019为例。 

 3.3.2 函数的调用堆栈

演示代码:

186009f5dfb04ef99b0ebb385e6a9132.png

这段代码,如果我们在VS2019编译器上调试,调试进入Add函数后,我们就可以观察到函数的调用堆栈(右击勾选【显示外部代码】),如下图: 

6a71845b487148faaf455a80bae63f06.png

 函数调用堆栈是反馈函数调用逻辑的,那我们可以清晰的观察到, main 函数调用之前,是由
invoke_main 函数来调用main函数。在invoke_main 函数之前的函数调用我们就暂时不考虑了。

那我们可以确定, 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。

那接下来我们从main函数的栈帧创建开始讲解。

3.3.4 准备环境

为了让我们研究函数栈帧的过程足够清晰,不要太多干扰,我们可以关闭下面的选项,让汇编代码中排除一些编译器附加的代码:

8c98eaba61404ae484d3d582a6928f8d.png

 3.3.5 转到反汇编

调试到main函数开始执行的第一行,右击鼠标转到反汇编。

34b2329e857b4cf7881633081610ac99.png

关于函数栈帧的创建和销毁的具体过程和内容在第二部分………………………………………………

关于函数栈帧的创建和销毁的具体过程和内容在第二部分……………………………………………….

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