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  • 函数调用过程栈帧变化详解

    摘自:http://blog.csdn.net/yxysdcl/article/details/5569351

    函数调用过程栈帧变化详解

     

    函数调用另一个词语表示叫作 过程。一个过程调用包括将数据和控制从代码的一部分传递到另一部分。另外,它还必须在进入时为过程的局部变量分配空间,并在推出时释放这些空间。而数据传递,局部变量的分配和释放通过操纵程序栈来实现。在了解本文章之前,您需要先对程序的进程空间有所了解,即对进程如何使用内存?如果你知道这些,下面的内容将是很easy的事情了。为了您的回顾还是将简单的分布图贴出来,便于您的回顾。

    我们先来了解一个概念,栈帧(stack frame),机器用栈来传递过程参数,存储返回信息,保存寄存器用于以后恢复,以及本地存储。为单个过程(函数调用)分配的那部分栈称为栈帧。栈帧其实是两个指针寄存器,寄存器%ebp为帧指针,而寄存器%esp为栈指针,当程序运行时,栈指针可以移动(大多数的信息的访问都是通过帧指针的)。总之简单一句话,栈帧的主要作用是用来控制和保存一个过程的所有信息的。栈帧结构如下所示:

      

    如果你已经对这个图已经非常了解了,那么就没有必要再看下去了。因为下面的内容都是对这幅图的讲解。

      假设过程P(调用者)调用过程Q(被调用者),则Q的参数放在P的栈帧中。另外,当P调用Q时,P中的返回地址被压入栈中,形成P的栈帧的末尾(返回地址就是当程序从Q返回时应该继续执行的地方)。Q的栈帧从保存的帧指针的值开始,后面到新的栈指针之间就是该过程的部分了。

      过程实例讲解:

    下面以这个程序为例进行简要说明函数调用的基本过程。

    复制代码
    int swap_add(int* xp,int* yp) {
        int x = *xp;
        int y = *yp;
        *xp = y;
        *yp = x;
        return x+y;
    }
    int caller(){
        int arg1 = 534;
        int arg2 = 1057;
        int sum = swap_add(&arg1,&arg2);
        int diff = arg1 - arg2;
        
        return sum * diff;
    }
    复制代码

    经过汇编之后caller部分的代码如下:

    复制代码
    caller:
        pushl %ebp   //保存%ebp
        movl %esp,%ebp    //设置新的帧指针为旧的栈指针
        subl $24,%esp  //分配24子节的栈空间
        movl $534,-4(%ebp) //设置arg1=534
        movl $1057,-8(%ebp) //设置arg2=1057
        leal -8(%ebp),%eax //计算&arg2
        movl %eax,4(%esp) //将&arg2存入栈中
        leal -4(%ebp),%eax //计算&arg1
        movl %eax,(%esp) //将&arg1存入栈中
        call swap_add //调用swap_add
    复制代码

    这段代码先保存了%ebp的一个副本,将新的过程(该函数的ebp)的ebp设置为栈帧的开始位置。然后将栈指针减去24,从而在栈上分配了24字节的空间(你应该思考一下为什么是24字节),然后是初始化两个局部变量,计算两个局部变量的地址并存入栈中,形成了函数swap_add的参数。将这些参数存储到相对于栈指针偏移量为0和+4的地方,留待稍后的swap_add调用访问。然后调用swap_add.

    接下的代码是swap_add的函数部分:

    [cpp] view plain copy
    1. swap_add:  
    2.     pushl %ebp  
    3.     movl %esp,%ebp  
    4.     pushl %ebx  
    5.       
    6.     movl 8(%ebp),%edx  
    7.     movl 12(%ebp),%ecx  
    8.     movl (%edx),%ebx  
    9.     movl (%ecx),%eax  
    10.     movl %eax,(%edx)  
    11.     movl %ebx,(%ecx)  
    12.     addl %ebx,%eax  
    13.       
    14.     popl %ebx  
    15.     popl %ebp  
    16.     ret  
    17.       

    代码分为3部分 建立部分:初始化栈帧;主体部分:执行过程的实体计算;结束部分:回复栈帧的状态,以及过程返回。这一部分的代码比较简单,就不在一一介绍,根据以上的3部分,划分的已经很清晰了。(说明一点程序在执行到swap_add的代码之前,也就是在执行call语句已经把返回地址压入栈中)值得注意的是最后一部分的popl %ebx   popl %ebp。它的作用是恢复了之前存储的栈帧指针的值,也就是调用程序的原始栈帧指针。从而程序就可以得到返回(有些细心的人会问那返回值咋么办?呵呵,返回值是存入了%eax中,在接下来的调用程序caller中直接访问该寄存器就可以了)。

    下面就是返回之后继续执行的部分代码了:

    [cpp] view plain copy
    1. movl -4(%ebp),%edx  
    2. subl -8(%ebp),%edx  
    3. imull %edx,%eax  
    4. leave  
    5. ret  

    为了计算diff,从栈中取出arg1,和arg2的值,并将寄存器%eax当做swap_add的返回值。

    整个过程的栈变化如下所示:

    推荐一篇对栈帧的讲解不错的文章:http://blog.csdn.net/yxysdcl/article/details/5569351

    参考文献:《深入理解计算机系统》

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/wuhezhi/p/5362658.html
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