C语言函数栈帧详解 C语言函数栈帧详解

前言
一.函数栈帧是什么？
二、栈帧准备知识

1.内存分区
2.什么是栈？

三、详解栈帧创建与销毁全过程

调用函数之前：

将传入函数的值放入栈中

函数执行：

1.保护当前ebp
2.创建所需调用函数的栈帧空间
3.保存局部变量
4.参数运算

函数返回：

1.存储返回值
2.销毁空间
3.ebp回上一栈帧栈底
4.销毁形参
5.main函数拿到返回值

总结

前言在c语言中我们会将一些功能单独写成一个函数，以供主函数调用，在表面来看调用的过程就是写出一个函数后，只需要在调用时中通过函数名将实参传给形参就实现了整个过程，但实际上调用的过程远比你想的复杂，这其中函数栈帧起着关键作用。通过本篇文章，我将告诉你函数在调用时计算机内究竟发生了什么？

一.函数栈帧是什么？ C语言中，每个栈帧对应着一个未运行完的函数。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量。(来自百度百科）。
【C语言函数栈帧详解】通过这句话我们可以提炼出两个关键信息：

1.每个未运行完的函数都有一个对应的栈帧
2.栈帧保存了函数的返回地址和局部变量

先对栈帧有一个简单的概念，知道其主要作用是什么就行。

二、栈帧准备知识由于函数栈帧不光涉及c语言代码知识，如果是小白一定要认真看本节，这对帮助你理解栈帧非常重要，也不要因为发现这些知识你之前完全没听说过就产生畏难心理，事实上，我们只需要掌握期其中一些非常关键的地方就足够了。

1.内存分区
内存中主要分为栈区，堆区，静态区，以及其他部分。

栈区：由高地址往低地址增长，主要用来存放局部变量，函数调用开辟的空间，与堆共享一段空间。（本篇重点）
堆区：由地地址向高地址增长，动态开辟的空间就在这里（malloc，realloc，calloc，free），与栈共享一段空间。
静态区：主要存放全局变量和静态变量。

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2.什么是栈？
前面已经知道栈中存放了函数调用开辟的空间即栈帧，因此我们要明白什么是栈帧，必须先知道什么是栈。
栈是一种数据结构，是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表。它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后放入的数据被最先读出来）。

简单来讲你可以把栈理解为一个弹夹，而我们放的数据就像子弹，当我们射子弹时，总是会把后压入的弹先射出去，因为后压入的弹一定是放在最上面的，而先压入的弹后射出去，因为先压入的弹在最下面。这就是栈最大的特点"先入后出，后入先出"，而往栈中放数据我们称作压栈（push），拿出栈中的数据我们叫出栈（pop）。

压栈（push)：

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出栈（pop）：

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3.esp，ebp，eax寄存器

ebp	ebp是基址指针，保存调用者函数的地址，总是指向当前栈帧栈底
esp	esp是被调函数指针，总指向函数栈栈顶
eax	累加器，用来乘除法，与函数返回值(本篇主要关注第二个功能）

简单来讲就是esp和ebp是两个指针，ebp指向当前栈帧栈底，esp指向函数栈栈顶。

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能看到，ebp并不是指向整个函数栈的栈底，而是指向当前栈帧的栈底，而由于esp总是指向栈顶，且栈只允许一个方向的操作，因此esp指向其实也是当前栈帧的栈顶，不过当前栈帧的栈顶始终与栈顶相同，因此说esp指向的是栈顶。

三、详解栈帧创建与销毁全过程有了以上知识就能够初步理解栈帧从创建到销毁的全过程了，接下来我会一步一步讲解
假设我们有当前代码：

#includeint 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; }

调用函数之前：
此时我们准备执行函数调用"sum = add(a,b); "此时栈中如下:

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将传入函数的值放入栈中

由于函数调用涉及到传参，因此我们在调用函数之前，需要先将传入的参数保存，以方便函数的调用，因此需要将add函数的a=1,b=2,push入栈保存

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函数执行：

1.保护当前ebp

由于我们马上要创建新的栈帧空间，因此ebp和esp都得将变动，为了能够让我们调用完add函数后还能让ebp回到当前位置我们需要对ebp的值进行保护，即将此时ebp的值压入栈（至于为什么不需要保护esp，看到后面你就能明白）

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2.创建所需调用函数的栈帧空间

令ebp指向当前esp的位置并根据add函数的参数个数，创建一个大小合适的空间。

① ebp指向当前esp的位置

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②创建空间

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3.保存局部变量

将add函数中创建的变量"int c = 0"放入刚刚开辟的栈帧空间中

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4.参数运算

根据形参与局部变量，进行对应的运算，这里执行"c = a +b", 得到 c = 2,放入刚才c对应的位置。

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到次函数执行就完成了，接下来就要开始实现函数返回

函数返回：

1.存储返回值

现在我们已经达成了目的"add(a,b)",要将之前创建的add的函数栈销毁，以使得我们能够回到main函数中正常执行，而在销毁add的函数栈帧前我们的main函数可还没有拿到运算结果，因此我们需要先将需要返回的值存储起来，存储的位置就是前面提到的eax寄存器，这里"return c",我们将c的值放到eax寄存器中。

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2.销毁空间

拿到了运算结果后，我们就没有任何任何顾虑了，可以直接销毁函数的栈桢空间了。

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3.ebp回上一栈帧栈底

此时ebp拿到之间存储的上一栈帧栈底的值，回到相应的位置，于此同时，存储的ebp没有用了，也将被销毁。

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4.销毁形参

形参也不再有用，因此也随即销毁。（这里也让我们明白：由于形参在调用完函数后就会销毁，且与实参根本不是同一地址，因此形参的改变无法影响实参。）

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5.main函数拿到返回值

在讲解main函数怎么拿到返回值前，我想先问一个问题：
上图中所谓的前一栈帧指的是什么？
大家都知道，我们编写的c程序都是从一个main函数开始的，实际上，代码并不是直接从main函数开始运行的，main函数的本质也是一个被其他代码调用的函数，至于被谁调用，这里就不展开讲解了，这里提出这个问题是想要大家知道：
main函数是一个函数，它有自己的栈帧。
因此所谓的前一栈帧实际上就是调用add函数的main函数的栈帧。
因此我们要让main函数拿到返回值，只需要把eax寄存器中的值放入main栈帧中sum对应的位置就行。（这里也能让我们明白：由于我们只有一个eax寄存器，因此c语言的函数只能有一个返回值。）