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?????大魔王與你分享：莫泊桑說過，生活可能不像你想象的那么好，但是也不會像你想象的那么糟。人的脆弱和堅強都超乎了自己的想象。有時候可能脆弱的一句話就淚流滿面，有時候你發(fā)現(xiàn)自己咬著牙已經(jīng)走過了很長的路。
一、前言
我們在編譯代碼時會有很多不清楚的地方，例如我們創(chuàng)建變量時我們只知道會開辟空間，卻不知道要在哪開辟，怎么開辟，在我們調用函數(shù)時，我們也知道要在棧區(qū)開辟空間，但是依然不知道怎么開辟，參數(shù)如何拷貝，為什么值傳遞不會改變原數(shù)值。本篇博客帶你理解棧區(qū)（局部變量和函數(shù)調用開辟空間的地方）是怎樣工作的。
二、問題舉例
- 局部變量是怎么創(chuàng)建的？
- 為什么局部變量的值是隨機值？
- 函數(shù)時怎么傳參的？傳參的順序是怎樣的？
- 形參和實參是什么關系？
- 函數(shù)調用時怎么做的？
- 函數(shù)調用時結束后怎樣返回的？
- 通過下面的講解你將全部明白這些問題
三、介紹
- 首先說明一些比較陌生的東西，以便后續(xù)的理解。
1.寄存器
- 寄存器：中央處理器內的組成部分。寄存器是有限存貯量的高速存貯部件，它們可以來暫存指令、數(shù)據(jù)和地址。寄存器是獨立于內存的，不會因為棧區(qū)函數(shù)空間的銷毀而銷毀。
- 寄存器舉例：
eax、ebx、ecx、edx、ebp、esp等
其中三個寄存器比較重要：
1.eax:接收函數(shù)返回值，使得函數(shù)的返回值不會因為棧區(qū)的銷毀而消失。
2.ebp:棧底寄存器(高地址)，和esp共同維護棧區(qū)新開辟的空間。
3.esp:棧頂寄存器(低地址)，和ebp共同維護棧區(qū)新開辟的空間。
2.匯編指令
push：壓棧，放入棧頂一個元素（寄存器的內容，并不是寄存器）。
pop：出棧，把棧頂數(shù)據(jù)彈出，并把彈出的元素賦值到寄存器中。
move：給一個寄存器賦值。
sub：減法指令。
add：加法指令。
lea：即load effective address，加載有效地址。
call：調用函數(shù)，并且把該函數(shù)之后的地址進行壓棧（目的是為了在函數(shù)銷毀后可以回到函數(shù)之后的下一步）。
dword：即double word,可以理解為兩倍的字的大小，我們知道一個漢字兩個字節(jié)，那么兩倍的就是四個字節(jié)。
rep stors：重復拷貝寄存器中的數(shù)據(jù)。
注意：esp永遠指向棧頂，每次壓棧后esp就會自動減去4個字節(jié)（因為棧區(qū)的使用是高地址向低地址使用），每次出棧后esp就會加上4個字節(jié)。
四、講解
- 以此代碼為標準進行詳細說明：
#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;
}
1.main函數(shù)并不是最終函數(shù)
我們一直認為main函數(shù)結束，程序就會結束，main函數(shù)是程序的最后一個函數(shù)，你是否想過這樣一個問題：為什么main函數(shù)會有返回值呢？那自然是因為main函數(shù)并不是最終函數(shù)，main函數(shù)也是被其他函數(shù)所調用的。我們轉到調用堆棧就會觀察到，如圖：
-
那么到底是什么函數(shù)調用的main函數(shù)呢？
是__tmainCRTStartup函數(shù)調用的main函數(shù)。__tmainCRTStartup函數(shù)又是被mainCRTStartup函數(shù)調用的。
- 也就是main函數(shù)后其實還有兩個函數(shù)，如圖：
所畫的圖只表示調用順序和棧幀使用順序（先使用高地址在使用低地址）。
2.函數(shù)棧幀的創(chuàng)建
函數(shù)棧幀怎樣創(chuàng)建，我們可以通過反匯編觀察得到。要進入反匯編，首先要進入調試，然后按照圖片操作即可進入，如圖：
- main函數(shù)的棧幀創(chuàng)建
函數(shù)棧幀創(chuàng)建的邏輯基本一樣，所以詳細說一個怎么創(chuàng)建，其他就基本也是這樣，這里以主函數(shù)舉例。通過圖一點點進行分析，如圖：
所畫的15個指令是在Add函數(shù)之前的匯編指令，前10個指令是創(chuàng)建主函數(shù)的棧幀空間并賦值為CCCCCCCC，這就是當我們不給一個變量賦值時，會打印出燙燙燙燙的原因。第11、12這兩個指令是新增的，在VS2013上并沒有，所以無視就行。那么從第13個指令開始，就該使用所開辟好的空間了。詳細如下：
- 用ebp的值進行壓棧。然后esp-4（沒個元素都是4個字節(jié)，棧區(qū)的使用是從高地址向低地址使用的）。
- 把esp的值賦給ebp。
- 讓esp減去0E4h這個十六進制數(shù)字。（目的是給main函數(shù)開辟空間，esp是維護棧頂?shù)模砸宔sp移動到新開辟的棧頂位置）
- 用ebx的值進行壓棧。
- 用esi的值進行壓棧。
- 用edi的值進行壓棧。
- load effective address，加載有效地址。放入edi中。
- 把9賦值到ecx中。
- 把CCCCCCCC賦值到eax中。
- 重復拷貝：從edi（加載的那個有效地址）開始，拷貝ecx次（9），每次拷貝eax（CCCCCCCC）,每次拷貝的大小為dword（4字節(jié)）。每拷貝一次，edi（存放有效地址的這個寄存器都加4），ecx（存放拷貝次數(shù)的寄存器都減1），直到ecx減到0，停止拷貝，執(zhí)行下一個匯編指令。
前十個是為main函數(shù)開辟空間并賦值為CCCCCCCC的匯編碼。接下來才開始讓我們寫的程序分配空間。- 在ebp-8位置處賦值0Ah（也就是10）.
- 在ebp-14h（ebp-20）位置處賦值14h（也就是20）
- 在ebp-20h（ebp-32）位置處賦值0
-
如圖：
第一個圖其實__tmainCRTStartup函數(shù)是被mainCRTStartup函數(shù)調用的，不過這里就不畫了，我們主要是理解main函數(shù)及main函數(shù)內的函數(shù)調用如何在棧區(qū)開辟空間就好了，main函數(shù)之前的那兩個函數(shù)知道有就行了。
這個圖如果在VS2013是正確的，開辟的空間全部先初始化，但是在VS2022中，其實開辟的主函數(shù)的空間并沒有全部賦值，如圖：
-
最后一次拷貝后的內存展示：
3.函數(shù)調用
開辟空間前執(zhí)行的操作：
- 函數(shù)調用的時候，我們都知道會開辟空間，但是他是怎么開辟的呢？
- 我們知道形參是實參的臨時拷貝，那么它是怎樣拷貝的呢？
- 我們知道函數(shù)結束后該函數(shù)所處的棧幀空間就要被銷毀回收，那么如果該函數(shù)有返回值，明明已經(jīng)被銷毀了，它是怎樣再返回去的呢？
接著往下看，你就會全部知道。
- 在調用函數(shù)這個操作中，剛開始進行的是讓實參（實參地址中的內容那就是實參的數(shù)值）賦給eax，ecx，從右向左壓棧，也就是先壓棧b的值，再壓棧a的值，這就是反匯編的前四行。其實這四行目的就是拷貝實參。第五行call指令是調用Add這個函數(shù)并且把調用Add函數(shù)后的下一個操作指令進行壓棧，目的是為了在調用函數(shù)結束后，可以回到Add函數(shù)之后的下一步指令。
開辟空間及銷毀前的操作：
- 匯編指令如圖：
紅色框不含黃色部分：
還是和之前main函數(shù)開辟一樣，先是壓棧ebp，然后讓ebp移動到esp位置，然后esp減去一個數(shù)值（即開辟的空間大?。?，然后進行（部分）（不同編譯器可能不一樣，有可能使部分賦值，有可能是整個空間賦值）賦值，賦值為CCCCCCCC，然后就是為Add函數(shù)中的變量分配空間（如下圖）。紅色框中的黃色部分：
這個部分是關于函數(shù)返回值的匯編指令，兩個圖結合看，ebp+8的值賦給eax(是寄存器，獨立于內存，不會因為棧幀空間銷毀而銷毀)，然后讓eax的值加上ebp+0Ch這個地址的值，這個地址轉換為十進制也就是ebp+12，再讓eax的值賦給該函數(shù)中的變量z，所以函數(shù)的返回值也就暫時儲存在了寄存器eax中（因此當z被銷毀后，eax里還存著函數(shù)的返回值，等待之后的指令），那么你是否發(fā)現(xiàn)了，ebp+8其實就是在開辟函數(shù)空間前拷貝的10，ebp+12就是開辟空間前拷貝的20，所以eax就變成了30，也就是說函數(shù)使用的實參其實在自己內部空間根本就沒有，他們只是通過地址訪問了在開辟函數(shù)空間前壓棧的那些形參，僅僅是使用而已，因此值傳遞不改變原數(shù)值。
銷毀操作：
- 按照老編譯器（老編譯器中沒有劃掉的那三行）來說：
- 第1步：把z的值賦給eax，因為z要銷毀了，但是返回值要被保留，所以要借助寄存器保留下來。
- 2~4步：pop指令，也就是出棧，最上面的三個元素，并把元素的值分別賦給edi、esi、ebx，其實這三個pop指令中的賦值操作沒用，因為彈出的是edi，edi里邊本來存的就是edi的值。其他兩個也是這樣。但是對于倒數(shù)第二行的pop指令中的賦值操作就用處很大了，接著看，等會會說到（第6步）。
- 第5步：把ebp的值賦給esp，那就是說esp離開了正在維護的函數(shù)的棧幀空間，那么這一部分就讓函數(shù)棧幀空間被銷毀了。
- 第6步：出棧，并且把出棧的值（是ebp指向main函數(shù)底部時壓棧上去的那個地址，也就是說出棧的這個元素其實存放的是main函數(shù)的棧底指針）賦給寄存器ebp。那么ebp就回到原來的位置了。（main函數(shù)的棧底指針處）
- 第七步：ret，即返回，這一步也很重要，它的意義是彈出并回到彈出的這個地址所指向的指令，因為第六步我們只是讓ebp回到了main的棧底位置，此時esp和ebp位置都就緒了，但是指令卻還沒有返回，而這一步其實就是彈出了調用函數(shù)之后的那個指令的地址（之前壓棧上去的那個），并且回到彈出這個指令的位置，也就是調用函數(shù)的下一個指令的位置，那么一切便結束了，后面就是調用函數(shù)之后的操作了。
4.調用函數(shù)后的匯編指令：
-
最后兩行指令：
-
目前的棧幀圖：
第一個指令esp加8，那么就是說esp跳過了臨時拷貝的變量，也就是銷毀了臨時拷貝形參的棧幀空間。
第二個指令就是把eax寄存器中存的函數(shù)的返回值賦到main函數(shù)中接收Add函數(shù)返回值的地址中，也就是變量c的位置，往上翻看看前面你就會發(fā)現(xiàn)變量c的地址就是eax要賦的地址處。
- 那么相信你看完函數(shù)棧幀的創(chuàng)建于銷毀后對棧幀空間的運行原理有了更深層次的理解。
五、總結
文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-618163.html
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到了這里，關于函數(shù)棧幀的創(chuàng)建與銷毀的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
