棧幀結構的細化（C語言）

C語言中關于棧幀：由于在函數調用時往往會形成棧幀結構，為此我們經常有以下幾個疑問：

1.隻要給函數傳遞參數就會形成臨時變量，這些臨時變量會存在棧上，具體怎樣存的？

2.函數内部定義的變量叫局部變量（自動變量），這些變量調用時建立，調用完成後自動釋放，為什麼？

3.函數調用完成之後應該傳回到原來調用的地方，那之前要做什麼？

4.函數傳回時的臨時變量存在哪裡？

關于了解棧幀，我們需要知道一些預備知識：

1.寄存器：具有存儲功能的離cpu最近的存儲單元，速度最快

（1）ebp:基址寄存器（棧底）寄存器

（2）esp:棧頂寄存器

（3）pc指針（程式計數器）：指向目前正在執行指令的下一條指令

（4）eax,ebx...通用寄存器

2.cpu的任務：（1）取指令（從記憶體取到cpu内部） （2）分析指令（根據指令集、操作數）  （3）執行指令

3.指令集：精簡指令集、複雜指令集

4.任何一個函數都有屬于自己的ebp（棧底）、esp（棧頂）；但是記憶體中的ebp、esp隻有一份；為了保證一個函數不會覆寫另一個函數的ebp、esp，調用時必須對原來函數

的ebp（棧底）、esp（棧頂）進行儲存；因為ebp（棧底）、esp（棧頂）永遠指向目前函數最新的棧底、棧頂；棧是從（位址減小）的方向生長

6.函數調用時，相關寄存器内容必須儲存，目的是調用完之後恢複（程式切換也要儲存，隻是os的問題）

7.call指令的任務： 

（1）跳轉到被調用函數的入口處（通過調整pc指針完成）

（2）儲存目前正在執行指令的下一條指令的位址到棧中

8.push:把資料壓到棧頂；pop把棧頂資料拉出來放在指定寄存器裡

9.形參執行個體化時從右往左順序進行的 

10.将資料壓入棧頂時，先移動指針再放資料，保證棧頂指針永遠指向一個有效的資料

11.調用函數時，先形成實參的臨時變量，再執行call指令

12.第一個參數與函數傳回位址相鄰；

13.先将棧底位址儲存，再将棧頂内容指派給棧底，（棧底指向現在的棧頂）

為了講解清楚棧幀，我們以下面一個小小的程式為例：

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int fun(int x,int y)
{
	int c=0xcccccccc;
}
int main()
{
	int a=0xaaaaaaaa;
	int b=0xbbbbbbbb;
	int ret=fun(a, b);
	printf("you should running here\n");
	system("pause");
	return 0;
}
           

具體執行過程，我們以指令在計算機内部過程來剖析：

開始，寄存器ebp、esp分别指向main函數的棧底、棧頂（main函數是入口），pc指針指向main函數的代碼區；

（1）定義變量a,b;反彙編：dword ptr [a],0AAAAAAAAh ，dword ptr [b],0BBBBBBBBh 

（2）開始調用：但是調用之前要形參執行個體化形成臨時變量：（注意形參從右往左進行執行個體化）

     mov         eax,dword ptr [b] ：把變量b存到通用寄存器eax中 

     push        eax  ：把eax中(b)壓入堆棧中

     mov         ecx,dword ptr [a]  ：把變量b存到通用寄存器ecx中

     push        ecx  ：把ecx中(b)壓入堆棧中

     使用call指令開始調用函數：call        @ILT+295(_fun) (0F9112Ch) ；注意call指令完成兩個任務：（1）跳轉到被調用函數的入口處（通過調整pc指針完成）

（3）儲存目前正在執行指令的下一條指令的位址到棧中

    add         esp,8  ：儲存目前正在執行指令的下一條指令的位址到棧中

    mov         dword ptr [ret],eax  ：跳轉到被調用函數的入口處

（4）這時已經來到fun函數：但是現在系統的ebp、esp還指向原來main函數的棧底和棧頂，顯然我們應該馬上修改二者的值：

      push        ebp  ：把ebp（main函數的棧底内容）中的内容壓入棧頂

      mov         ebp,esp ：把esp内容放到ebp中，是以上面先儲存ebp内容；此時顯示的棧底指向棧頂 

      sub         esp,0CCh ：棧頂向下移動

  現在的棧底、棧頂所組成的部分為被調用函數的棧幀結構

（4）恢複棧幀結構：

     mov         esp,ebp  ：把ebp裡内容複原給esp,恢複棧底

     pop         ebp  :然後把棧頂内容傳回給ebp,恢複棧頂

     ret ：恢複pc指針的指向（指向main函數的函數傳回位址）

     add         esp,8  ：棧頂向上移動，釋放實參執行個體化的臨時變量

以上的執行過程用簡單的圖示描述如下：