C語言進(jìn)階棧幀示例詳解教程
正片開始
今天來講講我對棧幀創(chuàng)建與銷毀的拙見。
理解什么是棧幀首先知道什么是棧:
在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中, 棧是限定僅在表尾進(jìn)行插入或刪除操作的線性表。棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它按照后進(jìn)先出的原則存儲(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)候從棧頂開始彈出數(shù)據(jù)。
棧有什么用?
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,棧也可以稱之為棧內(nèi)存是一個(gè)具有動(dòng)態(tài)內(nèi)存區(qū)域,存儲(chǔ)函數(shù)內(nèi)部(包括main函數(shù))的局部變量和方法調(diào)用和函數(shù)參數(shù)值,是由系統(tǒng)自動(dòng)分配的,一般速度較快;存儲(chǔ)地址是連續(xù)且存在有限棧容量,會(huì)出現(xiàn)溢出現(xiàn)象程序可以將數(shù)據(jù)壓入棧中,也可以將數(shù)據(jù)從棧頂彈出。壓棧操作使得棧增大,而彈出操作使棧減小。
棧用于維護(hù)函數(shù)調(diào)用的上下文,離開了棧函數(shù)調(diào)用就沒法實(shí)現(xiàn)。
講到這里,小朋友你是否有很多問號?那打住,我們拋開無聊的學(xué)術(shù)前文,另起爐灶。
寄存器
要講清楚棧幀就必須理解一手寄存器。尤其是 ebp,esp這2個(gè)寄存器中存放的地址,這兩個(gè)地址是用來維護(hù)函數(shù)棧幀的。
寄存器有很多種這里不贅述
main函數(shù)創(chuàng)建
我們這里隨便搞一個(gè)最簡單的Add函數(shù)
int add(int x,int y) { int z; z=x+y; return z; } int main() { int data1; int data2; int ret; while(1) { int data1,data2 = 0; scanf("%d %d",&data1,&data2); add(data1,data2); return 0; }
搞棧幀的話我的編譯器是不適合的,我是vs2019,因?yàn)榫幾g器越高級函數(shù)的封裝越復(fù)雜周密,不容易我們?nèi)テ饰鰲揖捅M量語言表達(dá)嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)吧。編譯器反匯編過程就能反應(yīng)我們棧幀創(chuàng)建的過程,這是我在網(wǎng)上找的反匯編頁面可以參考一下
其中反匯編用到的指針我們要清楚意義:
在編譯器中,main函數(shù)也是會(huì)被其他函數(shù)調(diào)用的,調(diào)用堆棧窗口后反匯編可以看到如下字樣:
main _tmainCRTStartup mainCRTStartup
后面兩句意義不明的玩意兒就是在調(diào)用main函數(shù)。為什么要講這個(gè)呢?我們說每一次函數(shù)調(diào)用都要分配空間,main函數(shù)不例外也要分配棧幀空間。
以下內(nèi)容和上面匯編指令表食用更佳:
首先 push ,即壓棧,就是往棧sei東西進(jìn)去。push 會(huì)讓esp讓低地址走,就會(huì)在原先基礎(chǔ)上壓進(jìn)來一個(gè) ebp 指針。
接下是 mov 指針,mov把后面的指針賦到前面去,esp給了ebp,也就是相當(dāng)于在移位。
接下來是 sub 減法操作,減去一個(gè)內(nèi)容來使esp指針走向低地址來開辟main函數(shù)棧幀。
過程模擬如下:
局部變量創(chuàng)建
接下來esp已經(jīng)走到那幾個(gè)內(nèi)容的頭上去了,這時(shí)出現(xiàn)了 lea 指針,即 load effective address 加載有效地址,其實(shí)在這個(gè)指針指定對象里面放入一個(gè)地址
我們后面的 [ebp-0C0h],其實(shí)就是剛剛 sub操作,本質(zhì)上還是原來開辟棧幀起點(diǎn) ebp 的地址,把這個(gè)地址放入edi 里面。
接下來的連續(xù) mov 時(shí)在把從edi 開始的 30h 這么多個(gè)空間里面的 dword(double word-四字節(jié)數(shù)據(jù))全部初始化成 eax 里面 “0CCCCCCCCh”的內(nèi)容,保證為main函數(shù)預(yù)開辟的內(nèi)存全變成 “CCCCCCCCh”,這么說來改的還是蠻多的。
接下來當(dāng)我們創(chuàng)建變量時(shí),比如 int a = 10;就會(huì)出現(xiàn)類似下面字樣:
int a = 10; 00C2142E C7 45 EC 0A 00 00 00 mov dword ptr [ebp-8h],0Ah
這里就是在創(chuàng)建局部變量了, ebp指針減了 8h,這個(gè) 8h 就是給a留的位子**(這里的 h 是編譯器給的標(biāo)識,我們只需要明白這是一個(gè)十六進(jìn)制數(shù))**就行了。所以總結(jié)一下,其實(shí)創(chuàng)建方式與main函數(shù)沒有太大出入。
函數(shù)部分
Add函數(shù)傳參時(shí)也是在將 esp 進(jìn)行壓棧,但注意,這時(shí)的esp里面的值是 10,相當(dāng)于是在傳 10 這個(gè)值。傳完參緊接著就會(huì)調(diào)用函數(shù)
00C2144B E8 91 FC FF FF call 00C210E1
call 指針作用就是調(diào)用函數(shù),F(xiàn)11 執(zhí)行call指令后會(huì)發(fā)現(xiàn)在跳轉(zhuǎn)到作用的同時(shí),他會(huì)把 call指令的下一條指令的地址傳到里面,在頂上壓一個(gè)main函數(shù)的ebp ,esp又會(huì)跑到最上面,一但函數(shù)執(zhí)行完后返回就會(huì)很自然的回到該地址。
在main函數(shù)的 ebp 上面又會(huì)傳統(tǒng)藝能,以相同的方式開辟 Add 函數(shù)的空間,又初始化成全 c,以相同方式創(chuàng)建臨時(shí)變量……
這時(shí)你可能會(huì)注意到傳進(jìn)函數(shù)的 x,y去哪里了?其實(shí)已經(jīng)為他準(zhǔn)備好了,在返回進(jìn)行下一項(xiàng)指令時(shí),x,y就會(huì)乖乖跑到這片空間儲(chǔ)存
Add函數(shù)完成后回把傳的參返回, 就是我們的 pop 指針,即出棧,這里參數(shù)每從棧頂pop一次 esp 指針就會(huì)上移一個(gè)單位,ebp也會(huì)隨之退回一個(gè)單位,利用指針的偏移量找回他的形參,最后返回值ret,其邏輯本質(zhì)上就是彈出main ebq那里的下一項(xiàng)指令的地址。
我們走出函數(shù)后,esp,ebq會(huì)回收,這時(shí)這塊空間就會(huì)直接銷毀,挫骨揚(yáng)灰。
整個(gè)函數(shù)部分就完美的呈現(xiàn)出來了。
形參與實(shí)參
形參確實(shí)是我在壓棧時(shí)開辟的空間,這坨空間是獨(dú)立的,只是值是相同的,形參是實(shí)參的一份臨時(shí)拷貝,改變形參不影響實(shí)參,那返回值是怎么帶回來的呢?其實(shí)是通過寄存器。
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