函数私底下都在干什么？图解函数栈帧的创建与销毁

前言(什么是函数栈帧？)
寄存器的介绍
函数栈帧的创建与销毁过程详解
总结

前言(什么是函数栈帧？)

函数栈帧是什么？相信很多人第一次听到时都一脸懵逼。我们不妨百度一下。

C语言中，每个栈帧对应着一个未运行完的函数。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量。
栈帧也叫过程活动记录。也就是函数的活动记录。函数执行的环境。函数参数、函数的局部变量、函数执行完后返回到哪里等等。
首先应该明白，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）。

想要了解函数栈帧到底是什么一个东西，那么就必须要进入反汇编来观察，我们会发现反汇编界面有着很多CPU指令，想要弄清楚函数栈帧那么就必须搞懂这些指令。这对我们理解函数栈帧有着很大的帮助，本文按照顺序来介绍这些指令并梳理创建与销毁函数栈帧的过程。
首先我们写好一段代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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 c = 0;
	c = Add(a, b);
	printf("%d\n", c);
	return 0;
}

在编译器下按F10进入调试界面，然后鼠标右击进入反汇编界面：
在这里插入图片描述

我们会发现在反汇编界面有着许多的cpu指令，那么下面就简单介绍一下cpu指令和寄存器。

寄存器的介绍

数据寄存器(EAX EBX ECX EDX）

寄存器EAX通常称为累加器(Accumulator)，用累加器进行的操作可能需要更少时间。累加器可用于乘、除、输入/输出等操作，它们的使用频率很高；
寄存器EBX称为基地址寄存器(Base Register)。它可作为存储器指针来使用；
寄存器ECX称为计数寄存器(Count Register)。在循环和字符串操作时，要用它来控制循环次数；在位操作中，当移多位时，要用CL来指明移位的位数；
寄存器EDX称为数据寄存器(Data Register)。在进行乘、除运算时，它可作为默认的操作数参与运算，也可用于存放I/O的端口地址。

指针寄存器(ESP EBP)

寄存器EBP称为基址指针寄存器（栈底指针）。
寄存器ESP称为堆栈指针寄存器（栈顶指针）。

变址寄存器(ESI EDI)

寄存器ESI称为源变址寄存器（Source Index）；
寄存器EDI称为目的变址寄存器（Destination Index）。

函数栈帧的创建与销毁过程详解

1.push指令

push指令是压栈的操作，就是将一块内存地址压入栈中（从高地址开始压入）：
在这里插入图片描述

在调用main函数之前，main函数还被其他函数所调用，这里不做赘述，很明显我们看到，ebp被压入栈中，push指令就是这么简单。

esp和ebp

这里的esp和ebp分别是两个寄存器，里面存放的是地址，这两个地址用用来维护函数栈帧的，esp维护栈顶，ebp维护栈底，当每次开辟新的内存空间时，esp会自动跳到栈顶。所以esp为栈顶指针而ebp是栈底指针。

2.mov指令

move指令是将地址中的数据赋给其他的地址例如：

009818B1  mov         ebp,esp

就是将esp所存储的值也就是esp的地址赋给ebp，那么此时ebp的位置如下
在这里插入图片描述

3.sub指令和add指令

sub指令是减值操作，例如：

009818B3  sub         esp,0E4h

这里就是esp的地址减去0E4h这么多的地址，那么此时esp指针应该上移：
相反add是加的指令
在这里插入图片描述
那么此时esp栈顶指针和ebp栈底指针之间所维护的空间就是main函数的栈帧，至于地址空间大小，一定是符合要求的，编译器是为我们考虑好的，所以我们不必担心开辟出来的空间不够啊之类的问题。

再次压入三个地址（寄存器地址）。

3.lea指令

lea指令和mov有着些许相似的地方，mov是赋内存中的值，而lea是赋地址。
例如：
lea edi,[ebp-24h]
就是将[ebp-24h]这个地址值直接赋给edi，而不是把[ebp-24h]处的内存地址里的数据赋给eax。

mov指令则恰恰相反
例如：
mov ebp,esp
则是把内存地址为esp处的数据赋给eax。
在这里插入图片描述

4.rep stos指令

009818BC  lea         edi,[ebp-24h]  
009818BF  mov         ecx,9  
009818C4  mov         eax,0CCCCCCCCh 
009818C9  rep stos    dword ptr es:[edi]

rep指令的目的是重复其上面的指令.ECX的值是重复的次数.
STOS指令的作用是将eax中的值拷贝到ES:EDI指向的地址.
这段代码的意思也就是将ebp-24h向上的地址，执行循环9次，双字（一个字等于两个字节）也就是四个字节的内容全部初始化为0CCCCCCCCh 。
在这里插入图片描述
edi的地址
这里也就是将main函数的栈帧初始化为cccccccc