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C語言函數(shù)棧幀的創(chuàng)建與銷毀詳解

更新時(shí)間：2022年09月08日 12:06:10 作者：保護(hù)小周?

函數(shù)棧幀（stack frame）就是函數(shù)調(diào)用過程中在程序的調(diào)用棧（call stack）所開辟的空間,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C語言函數(shù)棧幀的創(chuàng)建與銷毀的相關(guān)資料,文中通過實(shí)例代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

前言

C語言，我們學(xué)到了這里，一定會(huì)有許多疑惑，我們的代碼邏輯，定義的變量，自定義的函數(shù)等通過編譯器，準(zhǔn)確的來講是集成開發(fā)環(huán)境（vs），預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接，在電腦上執(zhí)行的過程中，計(jì)算機(jī)內(nèi)部到底是怎么運(yùn)行的，我們要搞清楚這些基礎(chǔ)的過程，而不是說，因?yàn)檫@樣做，所以有什么樣的結(jié)果，過程是怎么樣的，我們一概不了解，這樣學(xué)編程是不對(duì)的，要刨根問底,增強(qiáng)自己的內(nèi)功。保姆級(jí)講述，包您一看就會(huì)，快來試試吧~

舉個(gè)例子：

int main()
{
    int a=0;
    return 0;
}

根據(jù)以上代碼，我們可以讀出一段信息，定義一個(gè)局部整型變量 a,并將他初始化為0，同時(shí)一個(gè)整型變量在內(nèi)存中占4個(gè)字節(jié)。關(guān)于main()函數(shù)的返回值啊，簡單說一下，如果返回值為0，則說明程序是正常結(jié)束，非0，就是不正常結(jié)束，且返回值為整型數(shù)據(jù)。

那么博主在這里問大家兩個(gè)問題：

局部整型變量a,到底是怎么創(chuàng)建的?
如果我們對(duì)變量a不進(jìn)行初始化操作，局部變量a的值是多少？
main()函數(shù)也有返回值，那他是不是也是也被其他函數(shù)調(diào)用？

函數(shù)在調(diào)用的過程中棧幀的創(chuàng)建和銷毀對(duì)于不同的編譯器來說略有差異，但大體的邏輯是差不多的。取決于編譯器。

什么是函數(shù)棧幀？

每一次函數(shù)的調(diào)用，操作系統(tǒng)都會(huì)在內(nèi)存的棧區(qū)上開辟一塊空間，稱為棧幀。

函數(shù)調(diào)用建立棧幀，棧幀中存儲(chǔ)局部變量，參數(shù)等等。

棧區(qū)，堆區(qū)等是操作系統(tǒng)這門學(xué)科中對(duì)內(nèi)存的劃分，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的“棧”，“堆”是存放、處理數(shù)據(jù)的一種結(jié)構(gòu)，跟內(nèi)存的棧區(qū)，堆區(qū)，沒有啥關(guān)系，但是有一點(diǎn)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的“棧”和內(nèi)存的棧區(qū)都是后進(jìn)先出，先進(jìn)后出的特性。

舉個(gè)例子：

在main() 函數(shù)內(nèi)部的Sum()函數(shù)則是被 main(）函數(shù)調(diào)用，Sum()函數(shù)結(jié)束開辟的棧幀被操作系統(tǒng)回收，返回mian()函數(shù)的Sum()函數(shù)調(diào)用點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行程序。

程序順序執(zhí)行，執(zhí)行main()函數(shù)，遇到 int a=1; 操作系統(tǒng)就會(huì)在內(nèi)存的棧區(qū)上，為main()函數(shù)創(chuàng)建棧幀里，給局部變量 a 分配一塊4個(gè)字節(jié)的空間。同理，局部變量在那個(gè)函數(shù)里創(chuàng)建的，那么就在那個(gè)函數(shù)的棧幀中為其分配空間。函數(shù)在調(diào)用的時(shí)候操作系統(tǒng)會(huì)為函數(shù)預(yù)劃分一片空間，就是所謂的棧幀，由 esp,ebp 兩個(gè)寄存器維護(hù)，如果空間不夠了，操作系統(tǒng)會(huì)在這片空間的棧頂（esp）增加空間入棧，esp 可以動(dòng)態(tài)的維護(hù)棧頂。

知識(shí)點(diǎn)普及：

局部變量是在內(nèi)存的棧區(qū)上開辟的，棧區(qū)內(nèi)存的使用習(xí)慣是先使用高地址的空間，后使用低地址的空間，棧區(qū)又是一種先進(jìn)后出，后進(jìn)先出的結(jié)構(gòu)，且只能在一端操作。

在為函數(shù)創(chuàng)建棧幀的時(shí)候，會(huì)有很多的寄存器去維護(hù)，這一片的可使用空間就會(huì)被初始化為隨機(jī)值，這個(gè)根據(jù)不同的編譯器有不同的初始化方式，這就是我們對(duì)局部變量定義的時(shí)候不進(jìn)行初始化打印隨機(jī)值的原因。

由圖可見，棧底寄存器 ebp-0E4h 就等于 edi 指向的空間。

不過現(xiàn)在的編譯器很智能，如果沒有初始化局部變量使用的話會(huì)報(bào)錯(cuò)，就很強(qiáng)，但是大家還是要養(yǎng)成良好的初始化的習(xí)慣。

Sum() 函數(shù)的調(diào)用

傳參：

把變量a,b 的值分別存儲(chǔ)在 ecx ,eax 寄存器，分別入棧。就相當(dāng)于使用兩塊空間又將a,b 存儲(chǔ)了一次。這就是形參嘛。

形參是實(shí)參的拷貝！這段形參開辟的空間實(shí)際上還是在main() 函數(shù)的棧幀中。esp 棧頂指針動(dòng)態(tài)維護(hù)。

esp ,edp 如何從main() 棧幀，來維護(hù) Sum() 函數(shù)棧幀：

區(qū)間實(shí)際上是(ebx,ebp)

return 會(huì)返回 call 指令的這個(gè)地址，可以繼續(xù)執(zhí)行程序。

C/C++ 程序內(nèi)存分配的幾個(gè)區(qū)域：

1.棧區(qū)（stack）:在執(zhí)行函數(shù)時(shí)，函數(shù)內(nèi)局部變量的存儲(chǔ)單元都可以在棧上創(chuàng)建，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)這些存儲(chǔ)單元自動(dòng)釋放。棧內(nèi)存分配運(yùn)算內(nèi)置于處理器的指令集中，效率很高，但是分配的內(nèi)存容量有限，棧區(qū)主要存放運(yùn)行函數(shù)而分配的局部變量，函數(shù)參數(shù)，返回?cái)?shù)據(jù)，返回地址等。

2.堆區(qū)（heap）：一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)由OS回收。

3.數(shù)據(jù)段（靜態(tài)區(qū)）（static）存放全局變量，靜態(tài)變量。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

4.代碼段：存放函數(shù)體（類成員函數(shù)和全局函數(shù)）的二進(jìn)制代碼

至此C語言函數(shù)棧幀的創(chuàng)建和銷毀博主已經(jīng)分享完了，相信大家對(duì)這個(gè)函數(shù)怎么建立的、銷毀的，函數(shù)怎么傳參，使用等有了一定的理解，大家可以自己使用匯編代碼，感受一下。