C++函数调用栈分布详解

Posted 2021-11-23 IT老张

        作为C++开发人员，有必要来了解一下C++函数调用时的栈分布情况，对深入理解C++函数调用机制及汇编代码是很有好处的。在了解了函数调用的栈分布之后，才能搞懂函数调用堆栈回溯的原理。

1、函数调用的栈分布

       假设A函数调用B函数，B函数只有一个参数，函数调用时涉及到的入栈操作、栈底指针ebp和栈顶指针esp的处理如下图所示：

上述函数调用的大致过程为：先将传给B函数的参数入栈，接着调用Call指令（Call指令涉及两步：将返回地址（下条指令的地址）压入栈，即返回地址是Call指令自动压入到栈中的，然后jump到被调用的函数地址），然后保存主调函数A的栈基址ebp，以及保护现场需要的其他寄存器，进入到B函数。B函数调用完成后，将栈顶指针ebp及其他寄存器值都pop出来，然后调用ret指令（将返回地址pop出来，然后jump到A函数中返回地址），最后将调用函数的参数栈清掉。

ebp - 函数栈基址寄存器，esp - 函数栈顶地址寄存器。函数占用的栈空间（地址范围）就在esp中的栈顶地址到ebp中的栈基址之间，函数的栈空间在函数入口处就进行分配了。

2、关于call指令和ret指令的说明

       简单地说，call指令会跳转到制定的地址处执行，并将下一条指令入；ret指令会退出当前函数，并从栈中取出下一条指令放到IP寄存器中，继续执行。
      CPU执行call指令和ret指令的具体过程如下：
       1）call指令：CPU 将call s指令的机器码读入，IP寄存器指向了call s后的指令（函数调用的返回地址），然后CPU执行call s指令，将当前的IP寄存器的值压栈（push压栈操作会减esp），并将IP寄存器值改变为标号s处的偏移地址（即call指令中的函数地址）；
       2）ret指令：CPU将ret指令的机器码读入，IP寄存器指向了ret 指令后的内存单元，然后CPU执行ret指令，从栈中弹出函数执行完后的返回地址（pop出栈操作会加esp），送入 IP寄存器中。然后再执行IP寄存器中的指令，即返回地址，即调用函数下面的下一条指令。
       此外，EIP寄存器是用来存放下一个CPU指令的地址（代码段地址），当CPU执行完当前指令后，从EIP寄存器中读取下一条指令的内存地址，然后继续执行。

3、查看函数调用时的汇编代码

       编写简单的C++代码，查看函数调用时的汇编指令调用情况。下面再main函数中调用Add函数实现两数相加：

       然后在代码中设置断点，启动调试，进入调试状态，然后点击菜单栏的 Debug->Windows->DisAssambly即可看到C++代码对应的汇编代码了，如下所示：

进入汇编代码页面，点击右键，在弹出菜单中点击“转到源代码”即可进入C++源码页面。

        对照着最上面的函数调用分布图，仔细看一下函数调用相关的汇编代码，就很容理解了。