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帶你走進函式堆疊幀

2021-12-17 09:12:45 軟體設計

目錄

# 一、前言

# 二、函式堆疊幀詳解

## 2.1 main函式堆疊幀的建立

## 2.2 Add函式堆疊幀的建立與銷毀

# 三、總結


一、前言

不知道大家對下述問題有沒有疑問:

1.區域變數是如何創建的

2.未初始化的區域變數為什么是隨機值

3.函式是如何傳參的,傳參順序是怎樣的

4.形參和實參是什么關系

5.函式是如何呼叫的

每一次函式呼叫都會在堆疊區開辟一塊空間,也就是函式堆疊幀,

如果大家對函式堆疊幀不了解的話,肯度會對上述的問題有疑問,今天就讓我帶大家一探究竟,打開函式堆疊幀的大門,話不多說我們直接步入正題,由于編譯器版本的不同,函式堆疊幀建立和銷毀可能有些許差異,但大致的步驟都是一樣的,我使用的是vs2019

二、函式堆疊幀詳解

在了解函式堆疊幀之前,我們先介紹一下暫存器,暫存器有:eax,abx,ecx,edx等等,而我們今天要通過ebp,esp這兩個暫存器來維護函式堆疊幀,

ebp:基址指標暫存器,其中存放這一個指標,指向當前堆疊幀中堆疊底的元素

bsp:堆疊指標暫存器,其中存放著一個指標,指向當前堆疊幀中堆疊頂的元素,且會隨著堆疊幀的擴充指向堆疊頂,

堆疊是先進后出的,堆疊支持兩種基本操作,push和pop,push將資料壓入堆疊中,pop將堆疊中的資料彈出并存盤到指定暫存器或者記憶體中,

我們通過一個簡單的加法程式來分析函式堆疊幀,

#include <stdio.h>

int Add(int x, int y)
{    
    int ret = x + y;
    return ret;
}
nt main()
{    
    int a = 10, b = 20;
    int c = 0;
    c = Add(a, b);
    printf("%d\n", c);

    return 0;

}

實際上main函式也是被其他函式呼叫的,我們這里暫且稱為__tmain,而這個函式也是被另外一個函式呼叫的,這里就不作深究了,重點放在main函式的堆疊幀,

2.1 main函式堆疊幀的建立

下述也就是為main函式創建堆疊幀做的準備

`int main()
{
00851E30 push ebp
00851E31 mov ebp,esp
00851E33 sub esp,0E4h
00851E39 push ebx
00851E3A push esi
00851E3B push edi `

第一行:push ebp,將ebp壓入堆疊中,此時esp上移

第二行和第三行:首先將esp的值放到ebp里面,ebp就指向esp的位置了,然后sub esp 0E4h,此時esp的地址變小了,指向上面的區域,此是ebp和esp就會維護新的空間,也就是為main函式預開辟的空間

第四五六行將ebx,esi,edi壓入堆疊中,

00851E3C lea edi,[ebp-24h]
00851E3F mov ecx,9
00851E44 mov eax,0CCCCCCCCh
00851E49 rep stos dword ptr es:[edi]

而這四步,是將ebp-24h向下重復9次,dword雙字的內容全部改為0cccccccch,這就是為什么我們有時變數未初始化會列印燙燙燙之類的原因

下面就開始創建區域變數了

`int a = 10, b = 20;
00851E55 mov dword ptr [ebp-8],0Ah
00851E5C mov dword ptr [ebp-14h],14h``int c = 0;`

`int c = 0;
00671E63 mov dword ptr [ebp-20h],0 `

第一行:將0Ah(也就是10)放在ebp-8的位置

第二行:將14h(也就是20)放在ebp-14h的位置

第三行:將0放在ebp-14h的位置

`c = Add(a, b);
00C51E6A mov eax,dword ptr [ebp-14h]
00C51E6D push eax
00C51E6E mov ecx,dword ptr [ebp-8]
00C51E71 push ecx
00C51E72 call 00C510B4
00C51E77 add esp,8 `

下面就要呼叫Add函式了,而在call Add函式之前我們又執行了幾條指令:

一二行:實際上就是push eax(里面存放的是b的值20),將eax壓入堆疊中

三四行:實際上就是push eax(里面存放的是a的值10),將eax壓入堆疊中

從這里我們就可以看出函式傳參是從右向左的,形參是實參的一份臨時拷貝,

大家可以看到call指令的下一條指令地址是00c51E77,而我們在call之后,會將call指令的下一條指令壓入堆疊中,這樣當出Add函式的堆疊幀后就可以找到call指令的下一條指令地址了,

2.2 Add函式堆疊幀的建立與銷毀

下面就進入Add函式內部了

`int Add(int x, int y)
{
00C52EB0 push ebp
00C52EB1 mov ebp,esp
00C52EB3 sub esp,0CCh
00C52EB9 push ebx
00C52EBA push esi
00C52EBB push edi
00C52EBC lea edi,[ebp-0Ch]
00C52EBF mov ecx,3
00C52EC4 mov eax,0CCCCCCCCh
00C52EC9 rep stos dword ptr es:[edi]
00C52ECB mov ecx,0C5C003h
00C52ED0 call 00C5130C `

第一行:是將main函式的ebp壓入堆疊中,因為esp是始終指向函式的堆疊頂的,實際上是方便出Add函式后找到main函式的ebp

其余的步驟和創建main函式堆疊幀類似,這里就不再贅述了,

`int ret = x + y;
00C52ED5 mov eax,dword ptr [ebp+8]
00C52ED8 add eax,dword ptr [ebp+0Ch]
00C52EDB mov dword ptr [ebp-8],eax `

ebp+8實際上就是存放a的臨時變數10的地址,ebp+0ch就是存放b的臨時變數20的地址,此時eax存放相加后的值30,

放到ebp-8的位置

`return ret;
00C52EDE mov eax,dword ptr [ebp-8]
}`

而我們是如何回傳的呢?是將ebp-8的值也就是30再放到一個eax暫存器中,所以是通過暫存器存放相加后的值,這出即使出了Add函式,堆疊幀銷毀,仍然可以回傳值,

接下來又通過幾條指令

`00C52EE1 pop edi
00C52EE2 pop esi
00C52EE3 pop ebx `

`00C52EF1 mov esp,ebp
00C52EF3 pop ebp
00C52EF4 ret `

三次pop彈出堆疊頂的三個元素,esp地址+0ch

第四行:將ebp的值放到esp里面,這樣Add的函式堆疊幀就銷毀了

第五行:彈出堆疊頂的元素放到ebp里面,而此是堆疊頂元素存放的就是main函式的ebp,所以又回到了main函式堆疊幀

而末尾一行:ret實際上就是return的意思,彈出堆疊頂的元素,也就是call指令下一條指令地址,這樣當我們回到main函式后就可以執行call指令的下一條指令了,

`00C51E77 add esp,8
00C51E7A mov dword ptr [ebp-20h],eax `

第一行:銷毀形參(因為Add函式已經呼叫結束了,所以就不需要形參了)

第二行:將eax(存放的值30)放到[ebp-20h](c的位置),這樣c的值就是30了,

函式的堆疊幀的創建和銷毀在這里就告一段落了,

三、總結

1.通過move,sub可以建立堆疊幀,通過move,pop也可以銷毀堆疊幀,push 和pop可以回到堆疊幀,

通過push call指令的下一條指令地址,函式呼叫完后后可以執行call指令的下一條指令,

2.呼叫函式要建立堆疊幀,出函式要銷毀堆疊幀,也就是把記憶體還給作業系統,

3.形參是實參的一份臨時拷貝,改變形參的值不會改變實參,當我們要對實參進行實際操作時,就要傳址,或者傳參考,

4.函式傳參是從右向左的,通過偏移量找到形參,

5.在創建區域變數之前,會先在堆疊幀中初始化一部分空間,然后再給區域變數分配部分空間,

6.我們呼叫函式建立新的堆疊幀之前,會先存放call指令下一條指令地址,再push當前函式的ebp,然后再呼叫函式,

了解完函式堆疊幀,你是不是對變數的創建,函式的呼叫,實參和形參的關系等等有了更深的了解,

最后如果大家有任何問題,歡迎大家來下方評論區討論,希望這篇文章能對你有所幫助,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/ruanti/382931.html

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