【C语言】函数调用的参数压栈（详解）
慕雪年华
  2022-03-05 10:48:28 2022-03-05 10:48   2023-04-03 09:23:39    2.1k 字  

[TOC]

前言

在早期的学习中，我们已经了解到当函数传值调用参数的时候，用的是形参。

形参是实参的一份临时拷贝，对形参的改变不会影响实参里的值。

传值调用和传址调用👉点我

今天让我们以汇编语言来了解函数调用的参数压栈这一知识点

所用编译器：VS2019

不同编译器的实现可能略有不同，以实际为准

1.什么是栈区？

栈，是一种数据结构。

在学习C语言的过程中，我们一般只关注内存中的3个区域，分别是栈区、堆区和静态区。

其中堆区主要用于动态内存管理，在之前的博客中已经和大家介绍过。

详解动态内存管理👉点我

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而栈区就是编译器给函数运行分配的空间了。

和堆区空间需要手动分配不同，这一部分空间是编译器自动管理的，函数的栈帧会自动创建，自动销毁。

1.1栈区小知识点

  • 栈区的使用是从高地址到低地址
  • 栈区的使用遵循先进后出，后进先出
  • 栈区的放置是从高地址往低地址放置：push压栈
  • 删除是从低往高删除：pop出栈

2.知识点

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//本次使用的代码
#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 = Add(a, b);
	printf("%d\n", c);
	
	return 0;
}

2.1 寄存器

常见寄存器有eax、ebx、ecx、edx，其中ebp和esp较为特殊

ebp、esp这两个寄存器中存放的是地址，这两个地址是用来维护函数栈帧的

  • eax/ebx/ecx/edx：通用寄存器，保留临时数据
  • ebp：栈低指针
  • esp：栈顶指针
  • eip：指令寄存器，保存当前指令的下一条指令的地址

2.2 主函数调用

每一个函数调用，都要在栈区创建一个空间

我们知道main函数是程序的入口

实际上，main函数也是被其他函数调用的

  • mainCRTStartup函数调用__tmainCRTStartup
  • __tmainCRTStartup函数调用main函数

编译器会先在内存高地址处开辟一部分空间给mainCRTStartup和__tmainCRTStartup函数，它们进行调用main函数的操作。

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在VS2019中，按F10进行调试，出现黄色小箭头后，右键-转到反汇编，即可打开调试中汇编语言的显示界面

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3. 逐条解释

3.1 从main开始

先来看第一部分代码，逐条语句进行解释

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push  ebp//在栈顶开辟存放ebp这一寄存器对应值的空间
mov  ebp,esp//将esp的值传入ebp中（即将ebp指针移动到原本esp指向的位置）
sub  esp,0E4h//将esp的内容减去0E4h（将esp移动到原esp-0E4h的位置）
push ebx//在栈顶放入ebx
push esi//在栈顶放入esi
push edi//在栈顶放入edi

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  • lea：load effecticve address 加载有效地址
  • dword：double word – 4个字节
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lea  edi,[ebp-24h]//将ebp-24h的地址放入edi
mov  ecx,9//将9放入ecx，对应十进制36
mov  eax,0CCCCCCCCh//将0CCCCCCCCh放入eax
rep stos  dword ptr es:[edi]//将edi往下ecx个地址的数据全部初始化为0CCCCCCCCh

按F10往下运行，过rep那一步后，可以看到36个字节的数据都被初始化为0CCCCCCCCh

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继续往下运行，可以看到编译器初始化a、b变量的过程

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  • VS2019下是小端存储

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	int c =Add(a,b);
mov    eax,dword ptr [b]//把b的内容放入eax
push   eax  //在栈顶放入eax
mov    ecx,dword ptr [a]//把a的内容放入ecx
push   ecx  //在栈顶放入ecx
call   _Add (01A10B4h) //在栈顶放入该地址（call指令下一条指令的地址）

最后这一步call很关键，后续会用到

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3.2 调用Add

按F11，进入Add函数

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push    ebp//将ebp上移
mov     ebp,esp//将esp内容放入ebp（移动ebp）
sub     esp,0CCh//esp+0CCh（为Add开辟空间）
push    ebx//在栈顶放入ebx
push    esi//在栈顶放入esi
push    edi//在栈顶放入edi
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lea      edi,[ebp-0Ch]//ebp-0Ch的空间  
mov      ecx,3//3存入ecx  
mov      eax,0CCCCCCCCh//存入eax  
rep stos  dword ptr es:[edi]//esp往下0ch的空间初始化
mov      ecx,offset _6A27082D_test@c (024C003h)  
call     @__CheckForDebuggerJustMyCode@4 (024131Bh)

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继续往下，寄存器初始化了Z地址处的数据 为0

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mov    eax,dword ptr [x]//将x的值放入eax
add    eax,dword ptr [y]//将y的值加道eax中，即x+y   
mov    dword ptr [z],eax//将eax的值放入变量z

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	return z;
mov    eax,dword ptr [z]//将形参z的值放入eax

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pop     edi//出栈，删除为edi创建的栈区
pop     esi//pop指令会将esi的值放入esi（等于没变）  
pop     ebx//每pop一次，esp就往高位移动一次  
    
add     esp,0CCh//为esp地址+0CCh，即退出Add程序的栈区空间 
cmp     ebp,esp//将esp的值与ebp进行比较

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call        __RTC_CheckEsp (0241244h)  
mov         esp,ebp//ebp的值赋给esp，此时esp和ebp相同

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pop         ebp//弹出ebp

这里执行弹出指令时

  • 将ebp所指向的main函数的起始地址赋值给了ebp指针
  • esp指针向高位移动一位

最后的结果如下图所示，esp和ebp重新开始维护main函数的栈区空间

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3.3 回到main函数

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ret

前面提到call _Add (01A10B4h)这条指令非常重要，实际上，在执行ret指令时，esp指针就指向了栈顶存放的call指令的下一条指令的地址，同时，这个地址也被pop掉了

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回到调试界面，可以看到黄色小箭头的确指向了call指令的下一条

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而这一条指令的意思，是往esp里加8，即向高位移动8个字节。

实际上这条指令就是在销毁我们的形参

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mov      dword ptr [c],eax//将eax中的值放入变量c

此时eax中存放的就是Add函数的返回值

这里我们可以得出一个结论：

自定义函数的返回值是通过寄存器这一中间“变量”，返回主函数中的。

  • 先把返回值放入寄存器A
  • 主函数从寄存器A中取出返回值，放入接受返回值的变量

继续往下，可以看到printf("%d\n", c);语句后，编译器又一次将变量c的值放回了eax

实际上这里是printf函数的运行：

  • 先把待打印变量放入eax
  • 在栈顶压入eax
  • offset string "%d\n"（猜测是数据类型检查）
  • _printf ：执行printf函数

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add  esp,8//给esp+8个字节

我对这一部分产生了疑惑，重新调试发现

  • push eax这一指令让esp往低地址处走了4个字节
  • offset string "%d\n"这一指令也让esp往低走了4个字节

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执行完这一指令后，esp回到了执行printf之前的地址处

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3.4 结束程序

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	return 0;
xor    eax,eax//xor指令是异或--在这里的作用不清楚
}
pop    edi//出栈--esp对应移动  
pop    esi//  
pop    ebx//

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add    esp,0E4h//esp+0E4h（退出为main函数开辟的空间） 
cmp    ebp,esp//比较ebp和esp

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call   __RTC_CheckEsp (0241244h)  
mov    esp,ebp//将ebp的值复制给esp 
//此时esp和ebp的值依旧相同

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pop    ebp//ebp出栈--esp和ebp分离
ret//main函数结束

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4.本篇博客中的汇编语言总结

  • mov：数据转移指令

  • push：数据入栈，同时esp栈顶寄存器往低位走

  • pop：数据弹出至指定位置，同时esp栈顶寄存器往高位走

  • sub：减法

  • add：加法

  • call：函数调用。1.压入返回地址；2.转入目标函数

  • jump：通过修改eip，转入目标函数，进行调用

  • ret：回复返回地址，压入eip，类似pop eip指令

  • cmp（比较）：执行从目的操作数中减去源操作数的隐含减法操作，并且不修改任何操作数

  • xor：在两个操作数的对应位之间进行（按位）逻辑异或（XOR）操作，并将结果存放在目标操作数中

部分汇编指令参考：C语言中文网

5.结语

完成这篇博客的时候，已经是周六的00:54🌛

从周五的19:20开始，不知不觉中写了这么久

函数调用堆栈这一部分的知识有些晦涩难懂，写下这篇博客也算是理清了一些思路吧。

加油！

顶不住了，睡觉去了

说来讽刺，几个舍友还在打某3亿鼠标的枪战梦想……

  • 本文标题：【C语言】函数调用的参数压栈（详解）
  • 本文作者：慕雪年华
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  1. 前言
  2. 1.什么是栈区？
    1. 1.1栈区小知识点
  3. 2.知识点
    1. 2.1 寄存器
    2. 2.2 主函数调用
  4. 3. 逐条解释
    1. 3.1 从main开始
    2. 3.2 调用Add
    3. 3.3 回到main函数
    4. 3.4 结束程序
  5. 4.本篇博客中的汇编语言总结
  6. 5.结语