建设简易电子商务网站流程,杭州云优化信息技术有限公司,网站数字化建设,广东建网站的公司文章目录本章主题#xff1a;一.什么是函数栈帧1.什么是栈2.什么是函数栈帧二.理解函数栈帧能解决什么问题呢#xff1f;三.函数栈帧的创建和销毁解析1.预备知识#xff08;1#xff09; 认识相关寄存器和汇编指令#xff08;2#xff09;栈帧空间的维护2.解析函数栈帧的…
文章目录本章主题一.什么是函数栈帧1.什么是栈2.什么是函数栈帧二.理解函数栈帧能解决什么问题呢三.函数栈帧的创建和销毁解析1.预备知识1 认识相关寄存器和汇编指令2栈帧空间的维护2.解析函数栈帧的创建和销毁1准备环境2函数栈帧的创建3函数栈帧的销毁总结本章主题
什么是函数栈帧理解函数栈帧能解决什么问题函数栈帧的创建和销毁解析 正文开始
一.什么是函数栈帧
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带回的函数参数是如何传递的这些问题都和函数栈帧有关系。
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。就像叠成一叠的书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。在我们常见的i386或者x86-64下栈顶由成为 esp 的寄存器进行定位的。
2.什么是函数栈帧
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。
二.理解函数栈帧能解决什么问题呢
理解函数栈帧有什么用呢 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
让我们一起走进函数栈帧的创建和销毁的过程中。
三.函数栈帧的创建和销毁解析
1.预备知识
1 认识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数据常用于返回值 ebx通用寄存器保留临时数据 ebp栈底寄存器 esp栈顶寄存器 eip指令寄存器保存当前指令的下一条指令的地址 ②相关汇编命令 mov数据转移指令 push数据入栈同时esp栈顶寄存器也要发生改变 pop数据弹出至指定位置同时esp栈顶寄存器也要发生改变 sub减法命令 add加法命令 call函数调用1. 压入返回地址 2. 转入目标函数 jump通过修改eip转入目标函数进行调用 ret恢复返回地址压入eip类似pop eip命令 2栈帧空间的维护
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。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
2.解析函数栈帧的创建和销毁
演示代码以vs2019为例
#include stdio.h
int Add(int x, int y)
{
int z 0;
z x y;
return z;
}
int main()
{
int a 3;
int b 5;
int ret 0;
ret Add(a, b);
printf(%d\n, ret);
return 0;
}
1准备环境
这段代码我们在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 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
2函数栈帧的创建
调试到main函数开始执行的第一行右击鼠标转到反汇编。
int main()
{
//函数栈帧的创建
00BE1820 push ebp
00BE1821 mov ebp,esp
00BE1823 sub esp,0E4h
00BE1829 push ebx
00BE182A push esi
00BE182B push edi
00BE182C lea edi,[ebp-24h]
00BE182F mov ecx,9
00BE1834 mov eax,0CCCCCCCCh
00BE1839 rep stos dword ptr es:[edi]
//main函数中的核心代码
int a 3;
00BE183B mov dword ptr [ebp-8],3
int b 5;
00BE1842 mov dword ptr [ebp-14h],5
int ret 0;
00BE1849 mov dword ptr [ebp-20h],0
ret Add(a, b);
00BE1850 mov eax,dword ptr [ebp-14h]
00BE1853 push eax
00BE1854 mov ecx,dword ptr [ebp-8]
00BE1857 push ecx
00BE1858 call 00BE10B4
00BE185D add esp,8
00BE1860 mov dword ptr [ebp-20h],eax
printf(%d\n, ret);
00BE1863 mov eax,dword ptr [ebp-20h]
00BE1866 push eax
00BE1867 push 0BE7B30h
00BE186C call 00BE10D2
00BE1871 add esp,8
return 0;
00BE1874 xor eax,eax
}可以看到 main 函数转化来的汇编代码如上所示。接下来就一行行拆解分析汇编代码
00BE1820 push ebp //把ebp寄存器中的值进行压栈此时的ebp中存放的是invoke_main函数栈帧的ebpesp-4
00BE1821 mov ebp,esp //move指令会把esp的值存放到ebp中相当于产生了main函数的ebp这个值就是invoke_main函数栈帧的esp
00BE1823 sub esp,0E4h //sub会让esp中的地址减去一个16进制数字0xe4,产生新的esp此时的esp是main函数栈帧的esp此时结合上一条指令的ebp和当前的espebp和esp之间维护了一个块栈空间这块栈空间就是为main函数开辟的就是main函数的栈帧空间这一段空间中将存储main函数中的局部变量临时数据已经调试信息等。
00BE1829 push ebx //将寄存器ebx的值压栈esp-4
00BE182A push esi //将寄存器esi的值压栈esp-4
00BE182B push edi //将寄存器edi的值压栈esp-4
//上面3条指令保存了3个寄存器的值在栈区这3个寄存器的在函数随后执行中可能会被修改所以先保存寄存器原来的值以便在退出函数时恢复。//下面的代码是在初始化main函数的栈帧空间。
//1. 先把ebp-24h的地址放在edi中
//2. 把9放在ecx中
//3. 把0xCCCCCCCC放在eax中
//4. 将从edp-0x2h到ebp这一段的内存的每个字节都初始化为0xCC
00BE182C lea edi,[ebp-24h]
00BE182F mov ecx,9
00BE1834 mov eax,0CCCCCCCCh
00BE1839 rep stos dword ptr es:[edi]上面的这段代码最后4句等价于下面的伪代码
edi ebp-0x24;
ecx 9;
eax 0xCCCCCCCC;
for(; ecx 0; --ecx,edi4)
{
*(int*)edi eax;
}如下图所示 接下来我们再分析main函数中的核心代码
int a 3;
00BE183B mov dword ptr [ebp-8],3 //将3存储到ebp-8的地址处ebp-8的位置其实就是a变量
int b 5;
00BE1842 mov dword ptr [ebp-14h],5 //将5存储到ebp-14h的地址处ebp-14h的位置其实是b变量
int ret 0;
00BE1849 mov dword ptr [ebp-20h],0 //将0存储到ebp-20h的地址处ebp-20h的位置其实是ret变量
//以上汇编代码表示的变量a,b,ret的创建和初始化这就是局部的变量的创建和初始化
//局部变量的创建是在局部变量所在函数的栈帧空间中创建的//调用Add函数
ret Add(a, b);
//调用Add函数时的传参
//其实传参就是把参数push到栈帧空间中
00BE1850 mov eax,dword ptr [ebp-14h] //传递b将ebp-14h处放的5放在eax寄存器
中
00BE1853 push eax //将eax的值压栈esp-4
00BE1854 mov ecx,dword ptr [ebp-8] //传递a将ebp-8处放的3放在ecx寄存器中
00BE1857 push ecx //将ecx的值压栈esp-4
//跳转调用函数
00BE1858 call 00BE10B4
00BE185D add esp,8
00BE1860 mov dword ptr [ebp-20h],eaxAdd函数的传参
//调用Add函数
ret Add(a, b);
//调用Add函数时的传参
//其实传参就是把参数push到栈帧空间中这里就是函数传参
00BE1850 mov eax,dword ptr [ebp-14h] //传递b将ebp-14h处放的5放在eax寄存器
中
00BE1853 push eax //将eax的值压栈esp-4
00BE1854 mov ecx,dword ptr [ebp-8] //传递a将ebp-8处放的3放在ecx寄存器中
00BE1857 push ecx //将ecx的值压栈esp-4
//跳转调用函数
00BE1858 call 00BE10B4
00BE185D add esp,8
00BE1860 mov dword ptr [ebp-20h],eax函数调用过程
//跳转调用函数
00BE1858 call 00BE10B4
00BE185D add esp,8
00BE1860 mov dword ptr [ebp-20h],eaxcall 指令是要执行函数调用逻辑的在执行call指令之前先会把call指令的下一条指令的地址进行压栈 操作这个操作是为了解决当函数调用结束后要回到call指令的下一条指令的地方继续往后执行。 当我们跳转到Add函数就要开始观察Add函数的反汇编代码了
int Add(int x, int y)
{
00BE1760 push ebp //将main函数栈帧的ebp保存,esp-4
00BE1761 mov ebp,esp //将main函数的esp赋值给新的ebpebp现在是Add函数的ebp
00BE1763 sub esp,0CCh //给esp-0xCC求出Add函数的esp
00BE1769 push ebx //将ebx的值压栈,esp-4
00BE176A push esi //将esi的值压栈,esp-4
00BE176B push edi //将edi的值压栈,esp-4
int z 0;
00BE176C mov dword ptr [ebp-8],0 //将0放在ebp-8的地址处其实就是创建z
z x y;
//接下来计算的是xy结果保存到z中
00BE1773 mov eax,dword ptr [ebp8] //将ebp8地址处的数字存储到eax中
00BE1776 add eax,dword ptr [ebp0Ch] //将ebp12地址处的数字加到eax寄存中
00BE1779 mov dword ptr [ebp-8],eax //将eax的结果保存到ebp-8的地址处其实就是放到z中
return z;
00BE177C mov eax,dword ptr [ebp-8] //将ebp-8地址处的值放在eax中其实就是把z的值存储到eax寄存器中这里是想通过eax寄存器带回计算的结果做函数的返回值。
}
00BE177F pop edi
00BE1780 pop esi
00BE1781 pop ebx
00BE1782 mov esp,ebp
00BE1784 pop ebp
00BE1785 ret代码执行到Add函数的时候就要开始创建Add函数的栈帧空间了。 在Add函数中创建栈帧的方法和在main函数中是相似的在栈帧空间的大小上略有差异而已。
将main函数的ebp 压栈计算新的 ebp 和 esp将 ebx esi edi 寄存器的值保存计算求和在计算求和的时候我们是通过 ebp 中的地址进行偏移访问到了函数调用前压栈进去的参数这就是形参访问。将求出的和放在 eax 寄存器中准备带回 图中的 a’ 和 b’ 其实就是 Add 函数的形参 x , y。这很好的说明了函数的传参过程以及函数 在进行值传递调用的时候形参其实是实参的一份拷贝对形参的修改不会影响实参。
3函数栈帧的销毁
当函数调用要结束返回的时候前面创建的函数栈帧也开始销毁。那具体是怎么销毁的呢我们看一下反汇编代码
00BE177F pop edi //在栈顶弹出一个值存放到edi中esp4
00BE1780 pop esi //在栈顶弹出一个值存放到esi中esp4
00BE1781 pop ebx //在栈顶弹出一个值存放到ebx中esp4
00BE1782 mov esp,ebp //再将Add函数的ebp的值赋值给esp相当于回收了Add函数的栈帧空间
00BE1784 pop ebp //弹出栈顶的值存放到ebp栈顶此时的值恰好就是main函数的ebpesp4此时恢复了main函数的栈帧维护esp指向main函数栈帧的栈顶ebp指向了main函数栈帧的栈底。
00BE1785 ret //ret指令的执行首先是从栈顶弹出一个值此时栈顶的值就是call指令下一条指令的地址此时esp4然后直接跳转到call指令下一条指令的地址处继续往下执行。回到了call指令的下一条指令的地方 但调用完Add函数回到main函数的时候继续往下执行可以看到
00BE185D add esp,8 //esp直接8相当于跳过了main函数中压栈的
a和b
00BE1860 mov dword ptr [ebp-20h],eax //将eax中值存档到ebp-0x20的地址处其实就是存储到main函数中ret变量中而此时eax中就是Add函数中计算的x和y的和可以看出来本次函数的返回值是由eax寄存器带回来的。程序是在函数调用返回之后在eax中去读取返回值的以上就是函数栈帧创建和销毁的整个过程了
总结
那么来解释一下第二部分提到的几个问题
局部变量是如何创建的 局部变量的创建是在局部变量所在函数的栈帧空间中创建的为什么局部变量不初始化内容是随机的 因为栈帧空间的每一个字节会被自动初始化为一些随机值类似0xCC局部变量创建后若未初始化会自动被赋值为这些随机值函数调用时参数时如何传递的传参的顺序是怎样的 函数参数的实参从右向左压栈在栈中同过寄存器指针的偏移量找回函数形参。函数的形参和实参关系 形参是实参的临时拷贝函数的返回值是如何带会的 返回值存在eax返回eax为寄存器集成在cpu上不会随着函数的销毁而销毁。 本篇到此结束码文不易还请多多支持哦
