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C语言---函数栈帧---超详解-创新互联

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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

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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

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  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

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  • 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

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 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

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  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

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  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

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  函数__tmainCRTStartup的建立

  （一）指令1.push

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  （二）指令2.move

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  （三）指令3.sub

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  （四）指令4，5，6.push

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前面指令的汇总：
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  （五）指令7，8，9，10

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PS：mov39h个内容，全部改成0cccccccch
   dword是四个字节的意思

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  main函数建立

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  （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]

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  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
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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~

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  以上是整理栈帧建立的知识图谱

四、函数栈帧的销毁

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  三连pop之后就是把我的ebp赋值给esp

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  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。

  我是夏目浅石，希望和你一起学习进步，刷题无数！！！希望各位大佬能一键三连支持一下博主，hhhh~我们下期见喽

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文章名称：C语言---函数栈帧---超详解-创新互联
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