前言

在c語(yǔ)言中我們會(huì)將一些功能單獨(dú)寫(xiě)成一個(gè)函數(shù)，以供主函數(shù)調(diào)用，在表面來(lái)看調(diào)用的過(guò)程就是寫(xiě)出一個(gè)函數(shù)后，只需要在調(diào)用時(shí)中通過(guò)函數(shù)名將實(shí)參傳給形參就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過(guò)程，但實(shí)際上調(diào)用的過(guò)程遠(yuǎn)比你想的復(fù)雜，這其中函數(shù)棧幀起著關(guān)鍵作用。通過(guò)本篇文章，我將告訴你函數(shù)在調(diào)用時(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)究竟發(fā)生了什么？

一.函數(shù)棧幀是什么？

C語(yǔ)言中，每個(gè)棧幀對(duì)應(yīng)著一個(gè)未運(yùn)行完的函數(shù)。棧幀中保存了該函數(shù)的返回地址和局部變量。(來(lái)自百度百科）。

通過(guò)這句話我們可以提煉出兩個(gè)關(guān)鍵信息：

1.每個(gè)未運(yùn)行完的函數(shù)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的棧幀

2.棧幀保存了函數(shù)的返回地址和局部變量

先對(duì)棧幀有一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，知道其主要作用是什么就行。

二、棧幀準(zhǔn)備知識(shí)

由于函數(shù)棧幀不光涉及c語(yǔ)言代碼知識(shí)，如果是小白一定要認(rèn)真看本節(jié)，這對(duì)幫助你理解棧幀非常重要，也不要因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)這些知識(shí)你之前完全沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)就產(chǎn)生畏難心理，事實(shí)上，我們只需要掌握期其中一些非常關(guān)鍵的地方就足夠了。

1.內(nèi)存分區(qū)

內(nèi)存中主要分為棧區(qū)，堆區(qū)，靜態(tài)區(qū)，以及其他部分。

棧區(qū)：由高地址往低地址增長(zhǎng)，主要用來(lái)存放局部變量，函數(shù)調(diào)用開(kāi)辟的空間，與堆共享一段空間。（本篇重點(diǎn)）

堆區(qū)：由地地址向高地址增長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)開(kāi)辟的空間就在這里（malloc，realloc，calloc，free），與棧共享一段空間。

靜態(tài)區(qū)：主要存放全局變量和靜態(tài)變量。

2.什么是棧？

前面已經(jīng)知道棧中存放了函數(shù)調(diào)用開(kāi)辟的空間即棧幀，因此我們要明白什么是棧幀，必須先知道什么是棧。

棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種只能在一端進(jìn)行插入和刪除操作的特殊線性表。它按照先進(jìn)后出的原則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，先進(jìn)入的數(shù)據(jù)被壓入棧底，最后的數(shù)據(jù)在棧頂，需要讀數(shù)據(jù)的時(shí)候從棧頂開(kāi)始彈出數(shù)據(jù)（最后放入的數(shù)據(jù)被最先讀出來(lái)）。

簡(jiǎn)單來(lái)講你可以把棧理解為一個(gè)彈夾，而我們放的數(shù)據(jù)就像子彈，當(dāng)我們射子彈時(shí)，總是會(huì)把后壓入的彈先射出去，因?yàn)楹髩喝氲膹椧欢ㄊ欠旁谧钌厦娴模葔喝氲膹椇笊涑鋈?，因?yàn)橄葔喝氲膹椩谧钕旅妗＿@就是棧最大的特點(diǎn)"先入后出，后入先出"，而往棧中放數(shù)據(jù)我們稱(chēng)作壓棧（push），拿出棧中的數(shù)據(jù)我們叫出棧（pop）。

壓棧（push)：

出棧（pop）：

3.esp，ebp，eax寄存器

簡(jiǎn)單來(lái)講就是esp和ebp是兩個(gè)指針，ebp指向當(dāng)前棧幀棧底，esp指向函數(shù)棧棧頂。

能看到，ebp并不是指向整個(gè)函數(shù)棧的棧底，而是指向當(dāng)前棧幀的棧底，而由于esp總是指向棧頂，且棧只允許一個(gè)方向的操作，因此esp指向其實(shí)也是當(dāng)前棧幀的棧頂，不過(guò)當(dāng)前棧幀的棧頂始終與棧頂相同，因此說(shuō)esp指向的是棧頂。

三、詳解棧幀創(chuàng)建與銷(xiāo)毀全過(guò)程

有了以上知識(shí)就能夠初步理解棧幀從創(chuàng)建到銷(xiāo)毀的全過(guò)程了，接下來(lái)我會(huì)一步一步講解

假設(shè)我們有當(dāng)前代碼：

#include<stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	int c = 0;
	c = a + b;
	return c;
}
int main()
{
	int a = 1;
	int b = 1;
	int sum;
	sum = add(a, b);
	return 0;
}

調(diào)用函數(shù)之前：

此時(shí)我們準(zhǔn)備執(zhí)行函數(shù)調(diào)用"sum = add(a,b);"此時(shí)棧中如下:

將傳入函數(shù)的值放入棧中

由于函數(shù)調(diào)用涉及到傳參，因此我們?cè)谡{(diào)用函數(shù)之前，需要先將傳入的參數(shù)保存，以方便函數(shù)的調(diào)用，因此需要將add函數(shù)的a=1,b=2,push入棧保存

函數(shù)執(zhí)行：

1.保護(hù)當(dāng)前ebp

由于我們馬上要?jiǎng)?chuàng)建新的棧幀空間，因此ebp和esp都得將變動(dòng)，為了能夠讓我們調(diào)用完add函數(shù)后還能讓ebp回到當(dāng)前位置我們需要對(duì)ebp的值進(jìn)行保護(hù)，即將此時(shí)ebp的值壓入棧（至于為什么不需要保護(hù)esp，看到后面你就能明白）

2.創(chuàng)建所需調(diào)用函數(shù)的棧幀空間

令ebp指向當(dāng)前esp的位置并根據(jù)add函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)大小合適的空間。

① ebp指向當(dāng)前esp的位置

②創(chuàng)建空間

3.保存局部變量

將add函數(shù)中創(chuàng)建的變量"int c = 0"放入剛剛開(kāi)辟的棧幀空間中

4.參數(shù)運(yùn)算

根據(jù)形參與局部變量，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的運(yùn)算，這里執(zhí)行"c = a +b", 得到 c = 2,放入剛才c對(duì)應(yīng)的位置。

到次函數(shù)執(zhí)行就完成了，接下來(lái)就要開(kāi)始實(shí)現(xiàn)函數(shù)返回

函數(shù)返回：

1.存儲(chǔ)返回值

現(xiàn)在我們已經(jīng)達(dá)成了目的"add(a,b)",要將之前創(chuàng)建的add的函數(shù)棧銷(xiāo)毀，以使得我們能夠回到main函數(shù)中正常執(zhí)行，而在銷(xiāo)毀add的函數(shù)棧幀前我們的main函數(shù)可還沒(méi)有拿到運(yùn)算結(jié)果，因此我們需要先將需要返回的值存儲(chǔ)起來(lái)，存儲(chǔ)的位置就是前面提到的eax寄存器，這里"return c",我們將c的值放到eax寄存器中。

2.銷(xiāo)毀空間

拿到了運(yùn)算結(jié)果后，我們就沒(méi)有任何任何顧慮了，可以直接銷(xiāo)毀函數(shù)的棧楨空間了。

3.ebp回上一棧幀棧底

此時(shí)ebp拿到之間存儲(chǔ)的上一棧幀棧底的值，回到相應(yīng)的位置，于此同時(shí)，存儲(chǔ)的ebp沒(méi)有用了，也將被銷(xiāo)毀。

4.銷(xiāo)毀形參

形參也不再有用，因此也隨即銷(xiāo)毀。（這里也讓我們明白：由于形參在調(diào)用完函數(shù)后就會(huì)銷(xiāo)毀，且與實(shí)參根本不是同一地址，因此形參的改變無(wú)法影響實(shí)參。）

5.main函數(shù)拿到返回值

在講解main函數(shù)怎么拿到返回值前，我想先問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：

上圖中所謂的前一棧幀指的是什么？

大家都知道，我們編寫(xiě)的c程序都是從一個(gè)main函數(shù)開(kāi)始的，實(shí)際上，代碼并不是直接從main函數(shù)開(kāi)始運(yùn)行的，main函數(shù)的本質(zhì)也是一個(gè)被其他代碼調(diào)用的函數(shù)，至于被誰(shuí)調(diào)用，這里就不展開(kāi)講解了，這里提出這個(gè)問(wèn)題是想要大家知道：

main函數(shù)是一個(gè)函數(shù)，它有自己的棧幀。

因此所謂的前一棧幀實(shí)際上就是調(diào)用add函數(shù)的main函數(shù)的棧幀。

因此我們要讓main函數(shù)拿到返回值，只需要把eax寄存器中的值放入main棧幀中sum對(duì)應(yīng)的位置就行。（這里也能讓我們明白：由于我們只有一個(gè)eax寄存器，因此c語(yǔ)言的函數(shù)只能有一個(gè)返回值。）

至此棧幀的創(chuàng)建與銷(xiāo)毀結(jié)束，函數(shù)調(diào)用完成。

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！

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