实用指南：函数的栈帧的创建和销毁（超详细版本图文丰富）

文章目录

前言
一、为什么要理解函数栈帧
二、了解函数栈帧
三、函数栈帧的栈帧和销毁的相关知识
四、函数的栈帧的创建和销毁
- 1、函数的调用堆栈
2、函数的栈帧的创建和销毁的具体过程
五、便捷回顾
六、总结
八、结束语

前言

嗨(^_−)☆，大家又见面啦，今天我们要讲的和前面有所不同，要深入到程序运行的“幕后舞台”——函数栈帧的创建与销毁。这是理解函数调用机制、内存管理的核心环节，每个函数执行时都会搭建专属的“临时内存舞台”，用完后再有序拆除。掌握它，你就能看透函数调用的底层逻辑，对排查栈溢出、理解递归执行等问题也会豁然开朗。可能有点难度，可是我们学会它对我们后面学习会有很大的帮助，那么接下来，我们就一起拆解该“舞台”的搭建与谢幕全过程~

我把它放在数据结构的栈后面，方便大家更好的理解
通过也能够在C语言中学习，但是我感觉在栈后面学更好
在这里插入图片描述

一、为什么要理解函数栈帧

我们在学这篇之前，我们是不是想要了解它能对我们有什么帮助，能帮我们消除什么问题呢，纵然我已经在前言中提到了，可是可能不够形象，所以我们在这里再具体说一下
在大家之前的学习中，是不是有这样的疑问：

1、局部变量是如何创建的？
随机值？就是2、为什么局部变量的值
3、函数是怎么进行传参的？以及传参的顺序是怎么样的？
4、形参和实参的关系是怎么样的？
5、函数调用是怎么做到的？
6、函数调用结束后又是怎样返回的？

这些挑战都与函数栈帧有关，只要理解了函数栈帧的创建和销毁，这些问题就能够很好地理解了，让我们一起走进函数栈帧的创建和销毁的过程中吧！

二、了解函数栈帧

概念：函数栈帧（stack frame）就是函数调用过程中在应用的调用栈（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，保存上下文信息等等；
栈帧的结构
栈帧是函数调用时在栈内存里的专属“小隔间”，核心结构可简单拆为4部分：

返回地址：函数执行完后，跳回调用者代码的位置。
栈基址指针（ebp/esp）：ebp指向当前栈帧的底部，esp指向当前栈帧的顶部，通过这两个指针来维护函数栈帧。
局部变量区：存函数里的临时变量（比如int a、数组），内存连续分配。
参数区：用于存放调用函数时传递给被调用函数的参数；

栈是从高地址往低地址生长的，这些部分在栈里按顺序排布，函数执行完就会销毁这个“小隔间”~

三、函数栈帧的栈帧和销毁的相关知识

1、什么是栈？

这里的栈和我们数据结构的栈不同，但核心十分相似，所以我把它放在数据结构的栈后面进行讲解

（1）栈的概念

这里的栈为程序运行中的栈（栈内存）
栈是现代计算机程序的核心概念之一，可从逻辑定义和系统实现两个维度总结：

逻辑特性：
栈是遵循“先进后出（FILO）”规则的特殊容器，支持“入栈（push，资料压入）”和“出栈（pop，数据弹出）”操作，类似“叠书”——先叠的书在最下、最后取出。
系统实现：
在计算机系统中，栈是动态内存区域，压栈操作使栈内存增大，弹栈操作使栈内存减小；其内存增长方向为从高地址向低地址，在i386或x86-64架构下，由esp寄存器定位栈顶。
程序意义：
栈是函数调用、局部变量存储的基础，几乎所有工具的函数、局部变量效果都依赖栈实现，是计算机语言运行的核心支撑。

（2）数据结构中的栈和程序运行的栈的对比

这里的“栈”需从两个维度理解，二者概念不同但核心逻辑（先进后出）高度关联：

维度	数据结构的“栈”（抽象逻辑）	程序运行的“栈”（物理内存）
本质	一种“先进后出”的逻辑数据模型	计算机内存中一块连续的物理区域
存在形式	仅在算法/代码设计中存在（如数组模拟栈）	真实占用物理内存，由操作系统管理分配
操作主体	开发者手动实现 `push`/`pop` 等接口	编译器+CPU 自动执行（函数调用、局部变量存储时触发）
核心规则	严格遵循“先进后出”	同样遵循“先进后出”，是函数栈帧创建/销毁的底层支撑

简言之，数据结构的“栈”是逻辑规则，程序中的“栈”是该规则的物理实现。函数栈帧的创建（压栈）、销毁（出栈），就是借助“栈内存”的先进后出特性来完成的——这也是两者的核心关联。
今天我们讲的就是程序运行的栈（物理内存）

2、相关寄存器和汇编指令

（1）相关寄存器

eax：通用寄存器，保留临时素材，常用于函数返回值。
ebx：通用寄存器，保留临时数据。
eip：指令寄存器，存储下一条要执行的指令的地址。
ebp：栈底寄存器。
esp：栈顶寄存器。

注意：

函数栈帧的空间。就是每一次函数调用，都要为本次函数调用开辟空间，就
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。

esp指向栈顶，也叫栈顶指针；ebp指向栈底，也叫栈底指针。
所以，esp维护的是栈顶（顶部），ebp维护的是栈底（底部）。

（2）相关汇编指令（后面要用）

push：将操作数压入栈中，同时调整栈顶指针esp。
pop：从栈中弹出数据到指定位置，同时调整栈顶指针esp。
mov：数据传送指令，在寄存器之间、寄存器与内存之间传送数据。
add：加法指令，将两个操作数相加，结果存于指定寄存器。
sub：减法指令，将两个操作数相减，结果存于指定寄存器。
call：过程调用，压入返回地址或转入调用函数。
lea：加载有效地址指令，将操作数的地址加载到指定寄存器。
ret：返回地址指令，回到调用位置。

四、函数的栈帧的创建和销毁

1、函数的调用堆栈

下面我们来实现函数的调用堆栈，我们先来一个简单的代码来观察
代码如下：

#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;
  }

这段代码对应的栈区的图如下
在这里插入图片描述

大家进行调试窗口中的调用堆栈来观察
在这里插入图片描述
按F10进行调试，大家知道Add是被main调用的但我们发现main也是被调用的，是被谁调用的呢

我们继续按F10，我们会发现我们到这个页面

我们可以从这个页面向上翻，可以看出main是被 __tmainCRTStartup()函数调用的，再按F10可以看出 __tmainCRTStartup()函数也是被mainCRTStartup调用的，如下图
在这里插入图片描述
在这里我们只需要理解它的调用逻辑就行啦，
总的来说可以用箭头表示，箭头表示被调用，表示main被调用过程
main --> __tmainCRTStartup --> mainCRTStartup
由高地址到低地址，所以函数的栈帧分配如下图：就是大家每次调用函数都要分配相应的空间，而程序的运行是从高地址到底地址，所以函数分配的空间也

在这里插入图片描述
我们现在已经有了大概的轮廓啦，接下来我们来看一下它的具体调用过程

2、函数的栈帧的创建和销毁的具体过程

可能大家还有所疑惑，那么接下来我们来看一下具体的调用过程
这里还是F10调试，直接右键点反汇编

（1）观察前的操作

在这里插入图片描述
通过这里屏幕右边就出现了C语言的汇编代码，能够看清每一步的操作啦

我们这里还要把符号名关掉，便于我们观察
在这里插入图片描述

（2）开始观察

因为main是由_tmainCRTStartup调用的，所以刚开始内存布局如图：
在这里插入图片描述

1、push ebp

图形理解

这里相当于压栈，加个元素进去，将_tmainCRTStartup的ebp元素压栈
在这里插入图片描述

由于esp维护栈顶元素。所以esp的地址也要向上移动,如图
在这里插入图片描述

地址理解

我们也允许通过看一下esp的地址变化
在这里插入图片描述
F10

esp的地址-4，所以向上走了

内存块观察

我们还许可通过内存块来观察
在这里插入图片描述
地址搜索esp可看出
这里根据大小端字节序，由于VS是小端，所以要倒着读，地址就是与008ffbf4相同，说明我们把该元素给压进去啦

在这里插入图片描述

2、mov ebp,esp

接下来是mov，这里就把图形和地址观察放在一起啦
mov 就是把后面的值赋给前面去·
在这里插入图片描述

3、（创建main的栈帧）sub esp,0E4h

sub就是将前一个元素的值-去一个值
这里0E4h是16进制数字，我们可以借助监视来显示
在这里插入图片描述

我们发现它是228
下面进行操作
esp-228,esp向上移动

这里就相当于esp和ebp预开辟出main函数的栈帧，如图：

4、push ebx 、push esi 、push edi

这里再压3个元素这里ebx,esi,edi不用管他们是什么
在这里插入图片描述

5、（初始化）lea edi,[ebp+FFFFFF1Ch]、mov ecx,39、eax,0CCCCCCCCh,ret stos dword ptr es:[edi]

lea加载有效地址
这里我们把显现符号名再加上就好啦

在这里插入图片描述

就是将后面的地址放在edi中，这里放的这个地址就是esp没有进行上一步操作时的地址
mov ecx,39h中39h次是一会儿在这进行复制的时候准确的一个次数，ecx,39h就是把39h的值放到ecx这个寄存器里面。
而ecx,OCCCCCCCh表示一会复制的内容
这一次的所以操作，主要是末了一步起作用，将edi（ebp-0E4h）向下39h次dword（4个字节）的数据全部初始化成这样的素材
（word为2个字节，dword(double word）4个字节）
大家可能从内存中看到的确初始化成了，这里只展示一部分

我们还用图来表示一下

6、3个mov,正式开始执行代码

这里我们还是把显示符号名去掉
在这里插入图片描述
其中0Ah=10,14h=20，0=0，
所以这三步是对a,b,c进行赋值
其中dword ptr 表示是指明操作数类型为指向 4 字节数据的指针
ebp为栈低指针，其中ebp-8,-14h,-20h表示对应a,b,c三个变量的地址
这里用图来表示，main中一个小格子表示4个字节
在这里插入图片描述