【C++庖丁解牛】函数栈帧的创建与销毁

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目录

  • 1. 寄存器
  • 2. ebp和esp是如何对堆栈进行维护的，mian函数栈帧如何创建
    • 2.1 push ebp
    • 2.1 move ebp esp
    • 2.2 sub esp, 0E4h
    • 2.3 push exb
    • 2.4 push exi
    • 2.5 push edi
    • 2.6 push edi
    • 2.6 lea edi,[ebp+FFFFFF1Ch]
    • 2.7 mov ecx,39h 以及mov eax,0CCCCCCCCh
    • 2.8 rep stos dword ptr es : [edi]
  • 3. 局部变量栈帧的创建
    • 3.1 对a分配空间
    • 3.2 对b分配空间
    • 3.3 对c分配空间
  • 4. 函数的调用

1. 寄存器

寄存器我们了解过有eax、ebx、ecx、edx、ebp、esp等等

本节的重点是我们的ebp、esp这两个寄存器，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

每一个函数的调用都要创建一块空间，这个空间创建在栈区上。
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  • esp则为我们的栈顶指针
  • ebp就是我们的栈底指针

esp (EStack Pointer)：栈顶指针，它指向当前栈帧中的栈顶位置。每当一个新的函数被调用时，esp会动态地更新以跟踪新参数的压入和局部变量的分配。当函数执行完毕，esp会回退到释放这些资源的位置。

ebp (EBase Pointer)：栈底指针，又称为基指针，它通常用于存储当前函数的帧信息，比如函数的局部变量、参数和其他数据。ebp在函数开始时被设置为栈顶减去函数头部所需的空间，这样就可以作为访问栈中所有局部变量的基地址。

在函数调用过程中，esp和ebp经常被用来进行帧布局的操作，例如保存旧的esp值，然后将新的esp指向新的函数参数，而 ebp则保持不变，作为固定不变的局部变量基址。当函数返回时，esp通常会恢复到原来的值，释放栈帧，而ebp也会回到正确的基址，以便后续函数继续正确地访问局部变量。

2. ebp和esp是如何对堆栈进行维护的，mian函数栈帧如何创建

其实main函数也是被另一个内部系统函数调用的
具体调用为

mainCRTStartup —> __tmainCRTStartup —> main
前两个函数都是系统里的调用函数

程序在一开始运行时，ebp以及esp是维护__tmainCRTStartup的函数栈帧的
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栈空间的使用是由高地址往低地址使用的

在执行main函数的时候就会往上进行创建栈帧

2.1 push ebp

我们将写的代码进行反汇编的操作，看到程序底层的汇编代码可以看到第一步就是对于ebp的push操作

push ebp 的作用是将 ebp 的值压栈（Push the value of ebp onto the stack），这样在函数执行过程中，ebp 就不会被其他操作覆盖，保持对函数调用上下文的引用。

当函数开始执行时，push ebp 让 ebp 保存当前堆栈帧的状态，然后 mov ebp, esp 将 esp（栈指针）的内容赋给 ebp，从而esp指向新的栈顶，用来作为新创建的局部变量的内存地址。这样做有助于维护函数调用的上下文，便于后续访问和管理局部变量、参数等。
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也就是说将ebp此时的值存入栈中，以便后面进行查找，在此时就是__tmainCRTStartup的ebp值

当我们在没有执行push操作时，esp与ebp的值如下
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在我们执行后esp的值从后两位为a8，变为了a4
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这也说明了esp被压入栈。
此时的esp则往低地址走了几步，现在指向的就是__tmainCRTStartup的ebp的地方了
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2.1 move ebp esp

执行了 push ebp之后，第二步就是move ebp esp

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move ebp esp 的操作意味着将 ebp 的值赋给 esp。这种操作经常发生在函数返回或异常处理时，因为当函数结束时，可能需要清空堆栈，将esp回退到栈帧之前的状态，以便为下一次函数调用腾出空间。在清理过程中，ebp 通常会被用来保存堆栈的原有状态，然后将其位置替换到 esp，这样就可以清除函数调用时的信息。

也就是ebp与esp都指向__tmainCRTStartup的ebp
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2.2 sub esp, 0E4h

第三步为sub esp, 0E4h
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sub esp, 0E4h是一个指令组合，它代表"从堆栈指针ESP（通常用于跟踪函数调用时的局部变量和参数）中减去0E4个字节（16进制的0E4等于十进制的220）"。这个操作常用于函数调用或内存分配，可能是为了为新的局部变量分配空间或者调整堆栈布局。

具体来说：

  • sub是"subtract"的缩写，即减法操作。
  • esp是堆栈指针，它指向栈顶，减去一个数意味着将栈顶地址向下移动。
  • 0E4h是一个16进制数，转换成十进制就是220，所以实际上是将栈顶的220个字节移除或压入栈中。

这段空间其实就是为main函数预留的一段空间
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在执行完这个操作后
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2.3 push exb

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push exb顾名思义也是将exb此时的数据存储到栈中

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2.4 push exi

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将esi此时的数据存储到栈中
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2.5 push edi

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2.6 push edi

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2.6 lea edi,[ebp+FFFFFF1Ch]

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lea edi, [ebp+FFFFFF1Ch] 是一条x86汇编指令，其中 “lea” 是load effective address（有效地址加载）的缩写，它用于计算并存储一个内存地址到寄存器edi中。在这个指令中：

  • edi 是destination operand（目标操作数），通常用于存放计算出的内存地址。
  • [ebp+FFFFFF1Ch] 是source operand（源操作数），它使用基址加变址寻址方式。ebp 是基指针（base pointer），用于访问栈帧中的数据。加上偏移量 FFFFFF1Ch，意味着从栈帧的当前位置向上偏移0xFFFFFF1Ch处的内存位置。

这条指令的作用是将栈上某个特定位置的地址赋值给edi，这个位置通常是函数调用时为了后续操作需要而存储的数据地址。在分析程序代码时，这可能对应于函数的局部变量、参数或其他动态分配的数据结构的地址。

在这里其实就是mian函数的栈顶地址给了edi寄存器

2.7 mov ecx,39h 以及mov eax,0CCCCCCCCh

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  1. mov ecx, 39h: 这行指令将立即数 39h（十六进制，等于十进制的 57）传送到名为 ecx 的寄存器中。ecx 通常用于索引或循环计数。在这里，ecx 被设置为一个特定的值，可能用于控制某种循环次数或者作为数组操作的下标。

  2. mov eax, 0CCCCCCCCh: 这行指令将十六进制数值 0CCCCCCCCh (十进制的 -1073741821) 移动到 eax 寄存器。eax 在x86架构中是一个常用的通用寄存器，常用于存储操作数。 0CCCCCCCCh是一个特殊的值，有时在某些情况下用于测试内存是否已初始化（因为它几乎不会出现在正常的初始化中）。

相当于代码

ecx = 39h
eax = 0CCCCCCCCh
对这两个寄存器赋值

2.8 rep stos dword ptr es : [edi]

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dword ptr es:[edi] ，edi（EAX的低16位）是一个寄存器，指向存储的起始位置，es（额外段寄存器）指定数据段，ptr表示是按字节偏移地址。因此，这整个指令组合的意思是：

从edx寄存器开始，重复执行存储操作，每次将源操作数中的两个字节写入es段的当前指定位，然后地址指针edi递增指向下一个存储位置，直到所有数据都被写入。

也就是将ecx中39h个空间全部写入成eax的0CCCCCCCCh，相当于给我们开辟的空间进行初始化

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以上这个部分main函数的函数栈帧就已经创建完成了

3. 局部变量栈帧的创建

3.1 对a分配空间

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这里就是将a放入ebp-8的位置上去，a为int类型四个字节
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3.2 对b分配空间

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3.3 对c分配空间

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4. 函数的调用

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这里的步骤就是

  1. 将b的值放入eax中，再将eax压栈，放入栈中
  2. 将a的值放入ecx中，再将ecx压栈，放入栈中
  3. call指令调用add函数，call指令前面的地址为call指令的下一条地址
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  4. 跳到add函数准备栈帧，并执行add函数
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    最后通过函数的调用返回结果，最后得到结果

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