【C语言】函数执行背后的秘密：函数栈帧的创建和销毁超详解
1. 什么是函数栈帧
我们在写C语言代码的时候，经常会把一个独立的功能抽象为函数，所以C程序是以函数为基本单位的。那函数是如何调用的？函数的返回值又是如何待会的？函数参数是如何传递的？这些问题都和函数栈帧
有关系。
函数栈帧（stack frame）就是函数调用过程中在程序的调用栈（call stack）所开辟的空间，这些空间是用来存放： 函数参数和函数返回值临时变量（包括函数的非静态的局部变量以及编译器自动生产的其他临时变量）保存上下文信息（包括在函数调用前后需要保持不变的寄存器）2. 理解函数栈帧能解决什么问题呢？
理解函数栈帧有什么用呢？
只要理解了函数栈帧的创建和销毁，以下问题就能够很好的理解了： 局部变量是如何创建的？为什么局部变量不初始化内容是随机的？函数调用时参数时如何传递的？传参的顺序是怎样的？函数的形参和实参分别是怎样实例化的？函数的返回值是如何带会的？让我们一起走进函数栈帧的创建和销毁的过程中。
3. 函数栈帧的创建和销毁解析
3.1 什么是栈？
栈（stack）是现代计算机程序里最为重要的概念之一，几乎每一个程序都使用了栈，没有栈就没有函数，没有局部变量，也就没有我们如今看到的所有的计算机语言。
在经典的计算机科学中，栈被定义为一种特殊的容器，用户可以将数据压入栈中（入栈，push），也可以将已经压入栈中的数据弹出（出栈，pop），但是栈这个容器必须遵守一条规则：先入栈的数据后出栈（First In Last Out， FIFO）。就像叠成一叠的术，先叠上去的书在最下面，因此要最后才能取出。
在计算机系统中，栈则是一个具有以上属性的动态内存区域。程序可以将数据压入栈中，也可以将数据从栈顶弹出。压栈操作使得栈增大，而弹出操作使得栈减小。
在经典的操作系统中，栈总是向下增长（由高地址向低地址）的。 在我们常见的i386或者x86-64下，栈顶由成为 esp 的寄存器进行定位的。
3.2 认识相关寄存器和汇编指令
相关寄存器
eax：通用寄存器，保留临时数据，常用于返回值ebx：通用寄存器，保留临时数据ebp：栈底寄存器esp：栈顶寄存器eIP ：指令寄存器，保存当前指令的下一条指令的地址相关汇编命令
mov ：数据转移指令push：数据入栈，同时esp栈顶寄存器也要发生改变pop ：数据弹出至指定位置，同时esp栈顶寄存器也要发生改变sub ：减法命令add ：加法命令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 ：恢复返回地址，压入eIP，类似pop eIP命令3.3 解析函数栈帧的创建和销毁
3.3.1 预备知识首先我们达成一些预备知识才能有效的帮助我们理解，函数栈帧的创建和销毁。
1. 每一次函数调用，都要为本次函数调用开辟空间，就是函数栈帧的空间。 2. 这块空间的维护是使用了2个寄存器： esp 和 ebp ， ebp 记录的是栈底的地址， esp 记录的是栈顶的地址。
如图所示：
3. 函数栈帧的创建和销毁过程，在不同的编译器上实现的方法大同小异，本次演示以VS2019为例。
3.3.2 函数的调用堆栈演示代码：
这段代码，如果我们在VS2019编译器上调试，调试进入Add函数后，我们就可以观察到函数的调用堆栈（右击勾选【显示外部代码】），如下图：
函数调用堆栈是反馈函数调用逻辑的，那我们可以清晰的观察到，
main 函数调用之前，是由
invoke_main 函数来调用main函数。在 invoke_main 函数之前的函数调用我们就暂时不考虑了。
那我们可以确定， invoke_main 函数应该会有自己的栈帧， main 函数和 Add 函数也会维护自己的栈帧，每个函数栈帧都有自己的 ebp 和 esp 来维护栈帧空间。那接下来我们从main函数的栈帧创建开始讲解：
3.3.4 准备环境为了让我们研究函数栈帧的过程足够清晰，不要太多干扰，我们可以关闭下面的选项，让汇编代码中排除一些编译器附加的代码：
调试到main函数开始执行的第一行，右击鼠标转到反汇编。
注：VS编译器每次调试都会为程序重新分配内存，此处的反汇编代码是一次调试代码过程中数据，每次调试略有差异。
接下来我们就一行行拆解汇编代码：
小知识：烫烫烫~
之所以上面的程序输出“烫”这么一个奇怪的字，是因为main函数调用时，在栈区开辟的空间的其中每一个字节都被初始化为0xCC，而arr数组是一个未初始化的数组，恰好在这块空间上创建的，0xCCCC（两个连续排列的0xCC）的汉字编码就是“烫”
，所以0xCCCC被当作文本就是“烫”。
接下来我们再分析main函数中的核心代码： 
Add函数的传参
函数调用过程
call 指令是要执行函数调用逻辑的，在执行call指令之前先会把call指令的下一条指令的地址进行压栈操作，这个操作是为了解决当函数调用结束后要回到call指令的下一条指令的地方，继续往后执行。
当我们跳转到Add函数，就要开始观察Add函数的反汇编代码了。
代码执行到Add函数的时候，就要开始创建Add函数的栈帧空间了。
在Add函数中创建栈帧的方法和在main函数中是相似的，在栈帧空间的大小上略有差异而已。 1. 将main函数的 ebp 压栈。2. 计算新的 ebp 和 esp。3. 将 ebx ， esi ， edi 寄存器的值保存。4. 计算求和，在计算求和的时候，我们是通过 ebp 中的地址进行偏移访问到了函数调用前压栈进去的参数，这就是形参访问。5. 将求出的和放在 eax 寄存器中准备带回。
图片中的 a 和 b 其实就是 Add 函数的形参 x , y 。这里的分析很好的说明了函数的传参过程，以及函数在进行值传递调用的时候，形参其实是实参的一份拷贝。对形参的修改不会影响实参。
3.3.7 函数栈帧的销毁当函数调用要结束返回的时候，前面创建的函数栈帧也开始销毁。
那具体是怎么销毁的呢？我们看一下反汇编代码。回到了call指令的下一条指令的地方：
但调用完Add函数，回到main函数的时候，继续往下执行，可以看到：
拓展了解：
其实返回对象时内置类型时，一般都是通过寄存器来带回返回值的，返回对象如果时较大的对象时，一般会在主调函数的栈帧中开辟一块空间，然后把这块空间的地址，隐式传递给被调函数，在被调函数中通过地址找到主调函数中预留的空间，将返回值直接保存到主调函数的。
4. 问题解答
局部变量是如何创建的？
首先为局部变量所在的函数分配一块内存空间，并初始化一部分空间的值为0xcccccccc(此处是VS2019编译器初始的值，不同的编译器可能有所不同)，再为局部变量分配空间。
为什么局部变量不初始化内容是随机的？
在开辟好栈帧空间后，会将部分空间的值初始化为0xcccccccc，而为局部变量开辟的空间就是这些已经初始化的空间，不初始化局部变量的值，那么默认就是随机值(VS2019中是0xcccccccc)。
函数调用时参数时如何传递的？传参的顺序是怎样的？
在调用函数前，先将函数参数从后向前依次压栈，而进入函数后，通过指针的偏移量找到形参。
函数的形参和实参分别是怎样实例化的？
形参的实例化：形式参数是指函数名后括号中的变量，因为形式参数只有在函数被调用的过程中才实例化（分配内存单元），所以叫形式参数。形式参数当函数调用完成之后就自动销毁了。
实参的实例化：实参是函数调用时传递给函数的值，它们可以是常量、变量或表达式。
函数的返回值是如何带会的？
函数调用结束会通过下一条指令的地址返回，这也就是为什么要压栈下一条指令的地址。在返回前会将计算好的值放在eax（寄存器）中。
总结
本篇博客就结束啦，谢谢大家的观看，如果公主少年们有好的建议可以留言喔，谢谢大家啦！
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