🛸🛸文章开始之前，我想对各位提几个问题，看看你们能答出几个，看完本文之后，你们又能回答出几个？

• 局部变量是怎么创建的？
• 为什么局部变量的值是随机值？
• 函数是怎么传参的？传参的顺序是怎样的？
• 形参和实参是什么关系？
• 函数调用是怎么做的？
• 函数调用结束后是怎么返回的？

🎂前言

研究的函数： 一个加法函数。

原因：加法函数是比较简单的函数，实现逻辑比较单一，可以更为清楚的观察到函数栈帧的创建和销毁，而不是花费更多精力去研究复杂的函数。

#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;

使用的编译器： VS2013。

原因：版本过高过新的编译器在对栈帧分配上进行的封装处理较为完善，我们在学习时不易于看清楚里面的具体步骤，较低版本的编译器在学习时较为友好。

研究的方法： 图解。

原因：本文将以画图、截图配上文字解释加以说明，可以更加直观的理解函数栈帧的分配情况。

🌹栈帧的概念

栈帧是指为一个函数调用单独分配的那部分栈空间。 比如，当运行中的程序调用另一个函数时，就要进入一个新的栈帧，原来函数的栈帧称为调用者的帧，新的栈帧称为当前帧。 被调用的函数运行结束后当前帧全部收缩，回到调用者的帧。

💖准备工作

1. 将代码编辑在编译器中。

2. 开始调试并按下鼠标右键。（按下F10）

3. 转到反汇编。
   

😀main函数栈帧的创建及初始化

😁main函数的被调用

首先我们需要明确，main()函数也就是我们平时说的主函数，他其实也是需要被其他函数调用的。

1. 我们先在调试状态下打开调用堆栈窗口。
   

显示如下：

2. 接下来我们一直按F10进行调试，直到主函数return 0被返回，即可出现以下界面。

往上翻即可找到调用main()函数的函数。

也就是说main()函数其实是被一个叫__tmainCRTStartup的函数所调用的。

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😂main函数栈帧的开辟

我们知道，函数和局部变量的开辟是在栈上完成的，并且栈的使用习惯是先使用高地址，后使用低地址。

假设栈空间如下：

我们知道main函数也是被其他函数调用的，所以在栈上其实还有编译器为__tmainCRTStartup函数开辟的空间，这一点心中要明确。

接下来我们看反汇编里的汇编指令：

这一部分汇编指令其实就是对main函数的栈帧进行开辟。

这里介绍一下大家对指令里陌生的东西：

寄存器：ebp，esp，ebx，esi，edi，ecx，eax等等。

其中我们需要着重记住几个寄存器的功能。

维护函数栈帧的寄存器：

1. esp - 存放指向栈顶的地址的寄存器。
2. ebp - 存放指向栈底的地址的寄存器。

初始化函数值的寄存器：

1. edi - 用于存放开始进行初始化的地址。
2. ecx - 用于存放初始化元素的数量。
3. eax - 用于存放将要初始化为什么东西的内容。

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下面先给出在执行main函数之前栈的情况：

这里是编译器为__tmainCRTStartup函数开辟的函数栈帧，可以看见，ebp寄存器指向栈底，esp寄存器指向栈顶，以此来维护__tmainCRTStartup函数的函数栈帧。

下面我们一一分析main函数的汇编指令操作：

push        ebp

指将ebp寄存器中的值进行压栈操作（push）。

即在编译器已为__tmainCRTStartup函数开辟的栈帧上面进行压栈。

因为esp是指向栈顶的寄存器，所以每次压栈之后esp寄存器所指的位置会上升，反之如果执行pop弹出的操作，esp寄存器所指的位置则会下降。

此时__tmainCRTStartup函数的函数栈帧也随之增加。

下一个操作。

mov            ebp，esp

这条操作的指令是将esp的值赋给ebp。

也就是说让esp里存放所指向的地址赋给ebp，那么ebp所指向的位置将会发生更改。

此时ebp和esp指向了同一位置。

但是注意：

1. 此时ebp和esp没有在维护__tmainCRTStartup函数了，但不代表他的函数栈帧被销毁了，因为栈空间的使用只能先销毁低地址，再销毁高地址。
2. 将来main函数返回之后，esp寄存器和ebp寄存器还是要回来维护__tmainCRTStartup函数的，这里第一条指令push的ebpc操作就是伏笔，在main函数返回值后会执行pop这个ebp的操作，直接把ebp寄存器弹向之前存放的位置，也就是__tmainCRTStartup函数的栈底。

再下一个操作：

sub          esp，0E4h

这里解释一下，sub就是减法操作，这里0E4h表示十六进制的数字，h为标识符，所以0E4h其实就是十进制的228。

合起来就是将esp里存放的地址减去0E4h的大小。

因为上面是低地址下面是高地址，所以减去0E4h应该是向上走。

现在ebp和esp所维护的这段空间就是为main函数开辟的函数栈帧。

至此，main函数的函数栈帧就开辟完成了。

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🤣main函数栈帧的初始化

我们在写代码的时候一定出现过一个问题，就是使用未初始化的变量或内容进行打印，结果控制台输出的东西完全是我们意想不到的结果。例如：

为什么这里会出现随机值呢？

下面就可以给出答案。

下面三条指令全部是push。

push                    ebx
push                    esi
push                    edi

三次push压栈之后，esp的位置自动发生变化，main函数的函数栈帧也随即增大。

接下来:
lea： load effective address（加载有效地址）

lea                                 edi，[ebp - 0E4h]

前面介绍过几个重要的寄存器：

所以这里的edi是用来存放开始进行初始化的地址的，也就是把【ebp - 0E4h】这个地址放进edi保存起来。

下面两个操作都是针对初始化用的寄存器的：

mov                          ecx，39h
mov                          eax，0CCCCCCCCh

ecx是存放初始化内容的次数的，所以是把39h这个次数存放在寄存器ecx中。

而eax是存放要初始化为的内容的，所以将0CCCCCCCCh存放进eax寄存器中。

接下来的指令就是初始化的关键：

rep stos                dword  ptr es：[edi]

dword的意思是double word - 一个word是两个字节，所以一个dword是4个字节。

整个指令的意思是从edi存放的位置开始往下每四个字节算一次，重复ecx里存放的值这么多次，把这些内容全部改为eax里存放的值。

也就是从ebp - 0E4h位置开始往下39h个整型的位置全部初始化为0CCCCCCCCh

至此main函数栈帧里的内容已被全部初始化。

此时栈里的情况：

为了防止有的码友不相信，这里我们计算一波。

十六进制39h转换成十进制是57。

57次，一次4个字节，也就是57乘以4等于228个字节。

而十六进制0E4h转化为十进制正号等于228。

所以至此，main函数栈帧里的所有内容全部被初始化为0CCCCCCCCh。

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👩临时变量的创建。

这里的指令看的不够清晰，因为编译器默认显示了变量名，这不适合我们学习具体情况，所以我们应该把显示变量名给勾选掉。

把勾选去掉即可，效果如下：

这里就可以把具体位置看的比较清晰。

move                         dword ptr [ebp-8]，0Ah

十六进制的0Ah转换成十进制也就是10，这条指令的意思就是将0Ah这个数放进[ebp-8]的位置。

也就是把ebp-8这个位置分配给变量a，将里面的值赋为10。

move                                  dword ptr [ebp-14h]，14h

同上，这里的十六进制数字14h转换为十进制是20，将20放进[ebp-14h]的位置。

move                         dword ptr [ebp-20]，0

同上，将0赋给[ebp-20h]的位置，也就是为c变量开辟空间并赋值。

看起来似乎到了函数调用了，但其实不然，调用函数之前，先在主调函数内创建实参的临时拷贝，再进行调用函数，接下来一一分析。

move               eax，dwor ptr [ebp-14h]

这句指令的意思是将[ebp-14h]位置存放的值赋给eax寄存器。

而我们可以看到：ebp - 14h的位置不就是我们刚刚创建的b变量吗？

这个操作把实参b的值存放到了寄存器eax中。

下一指令：

push               eax

将eax压栈，这里我们记住eax中存放的值就是实参b的值。

move            ecx，dword ptr [ebp-8]
push             ecx

同上，将[ebp-8]位置的值放在ecx里，之后将ecx压栈。

而ebp-8位置放的就是a变量。

执行到这里，其实就不难看出上面的操作其实是在给Add函数传参，开辟两个空间存放实参的临时拷贝。

注意： 这里传参的顺序是先传b后传a，并且是在main函数的栈帧内部进行的。

👨Add函数栈帧的创建

在创建Add函数的函数栈帧之前，编译器还做了一件事情：

call                             00B910E1

乍一看这个指令非常奇怪，但我们将调试进行下去，直到call指令的时候按F11进行逐语句调试。

会跳转到这个步骤。

这就是call指令的下一条指令，编译器把调用函数之后的下一条指令存放在栈上，将来被调用函数返回之后，便可根据这个地址直接执行调用函数后需要执行的指令。

在这一点上就可以体现编译器对函数栈帧的调用的严谨。

既要考虑到如何调用函数分配空间，也要考虑到函数调用结束怎么回到本该执行的下一条指令。

之后便开始对Add函数栈帧的创建。

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🧑Add函数栈帧的创建

注意第一个操作：

push                 ebp

这里把ebp中存放的值进行压栈，也就是说这个位置存放的是原来ebp所指向的位置。

这里给出标记： ebp:main

表示的是这里的ebp存放的是main函数栈底的位置，将来在pop这个值得时候将会把ebp直接弹回main函数栈底的位置，继而继续维护main函数。

接下来的操作和开辟main函数栈帧十分相似：

mov                   ebp，esp
sub                    esp，0CCh

先将esp指向的位置赋给ebp，这样ebp就会和esp指向同一个位置，作为即将开辟栈帧的栈底。

再给esp减去0CCh的值，也就是往上偏移0CCh个字节长度，十六进制0CCh转化为十进制为204。这也就是编译器为Add函数分配的函数栈帧的大小。

注： 栈帧空间分配是编译器自行决定的，无法人为估测。

此时ebp到esp之间的部分就是编译器为Add函数分配的函数栈帧。

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👧Add函数栈帧的初始化

和main函数一样，在函数栈帧创建完毕之后，会通过三个寄存器对函数栈帧

初始化，这里再次把寄存器作用给大家展示：

首先进行三个push指令

push              ebx
push              esi
push              edi

前面介绍过：

lea：load effective address（加载有效地址）

lea                          edi，[ebp+FFFFFF34h]
move                      ecx，33h
move                      eax，0CCCCCCCCh

指令的意思是：

1. 将[ebp+FFFFFF34]地址加载到寄存器edi中。
2. 将33h作为次数放进寄存器ecx中。
3. 将0CCCCCCCCh作为要初始化为的内容存放在eax中。

而FFFFFF34的二进制序列是：11111111111111111111111100110100

显然，这是一个负数，所有ebp+FFFFFF34其实他的地址是在减小，所以此时存放的位置其实是可以计算得到的。

十六进制数33h的十进制形式为51，也就是要重复进行51次值覆盖。

覆盖值为0CCCCCCCCh。

rep stos           dword ptr es：[edi]

最后的指令就是从edi寄存器放的位置开始往下33h次进行值覆盖，覆盖内容为0CCCCCCCCh。

🎈Add函数实现加法运算

mov         dword ptr [edp-8]，0

这是开辟临时变量的步骤。

将0赋给edp-8的位置，也就是给变量z开辟了一块空间。

mov               eax，dword ptr [ebp+8]

将ebp+8位置的值放进寄存器eax中保存。

可以从图上看到，ebp+8的位置时从main函数传过来的实参临时拷贝中的10。

此时

eax: 10

add                  eax，dword ptr [ebp+0Ch]

这里我们可以计算，0Ch转换为十进制也就是12，所有ebp+12应该是从当前ebp位置往下数3个格子（因为一个格子是4个字节）。

找到ebp+0Ch的位置:

将这里面的值加到寄存器eax中去：

此时

eax: 30

mov                      dword ptr [ebp-8]，eax

把寄存器eax里的值放进[ebp-8]的位置里。

此时就已经完成了计算功能。

🧨Add函数返回值实现

函数功能实现之后，就要返回函数值了。

mov                         eax，dword ptr [ebp-8]

指令：将[ebp-8]地址的值放进eax寄存器，也就是把刚才计算结果30存放进寄存器中。

🎆Add函数栈帧的销毁

pop是出栈指令，把栈中的值弹出到指定的地方。

pop               edi
pop               esi
pop               ebx

连续三个pop，将之前初始化Add函数是压栈的三个元素弹出。

三个元素出栈后，Add函数的栈帧随之减少，esp所指向的位置也随机发生更改。

mov                               esp，ebp

和创建函数栈帧时的操作类似，但又不同，将ebp的值赋给esp。
即esp将会直接指向ebp指向的位置。

一旦执行完上面的操作指令，也就意味着esp，ebp两个寄存器不再维护Add函数栈帧了，开辟的空间将全部返还给操作系统。

pop                           ebp

将栈顶的元素弹出到ebp位置。

注意看这里的栈顶所放元素：

前文中已经提到过，这里压栈ebp的用途，就是为了在销毁Add函数之后ebp可以找到main函数栈底位置，继而继续维护main函数的栈帧。

所以这条指令将使ebp指向原main函数栈底。

此时Add函数栈帧已全部销毁。

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🎇返回到main函数指令

接下来esp就指向了00B910E1。

前文提到过，这是call调用指令的下一条指令，所以直接返回到main函数的下一条指令。

现在在反汇编调试按F10将直接从Add函数跳转到main函数call指令的下一条指令。

add                          esp，8

把8加给esp寄存器，让其向下移动两个单元格（一个格子4个字节）

此时栈顶两个元素就不再被维护，main函数的函数栈帧也随之减少。

mov                           dword ptr [ebp-20h]，eax

将eax寄存器里的值赋给ebp-20h位置，eax是我们在Add函数里计算结束后存放的返回值（30），ebp-20的位置时变量c的地址。

至此，Add函数的功能，栈帧开辟到结束就全部解释完毕了。

🍕🍕总结

函数栈帧用到汇编语言的知识，用最底层的角度看待函数调用的关系。

文章开头的几个问题其实在阅读到这的时候应该都能够解决了。

请注意：搞清楚函数栈帧并不能让你写代码更厉害，刷算法更牛逼，函数栈帧仅仅是类似于修炼内功一样的存在，理清楚底层的逻辑有助于我们思考一些比较复杂的问题，

例如递归算法，用函数栈帧的思想就很容易掌握。

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