函数调用与栈
函数调用与栈
内存栈
在C语言中函数的调用必须借助于栈。
关于栈是什么就不再做笔记了，但需要注意的是，这里的栈与数据结构中的栈虽然原理相同但并不是一个东西。在这里，栈就是一段计算机内存，只不过这段内存满足数据后进先出的规则。
另外还需要注意的是，内存栈是向下增长的，即栈顶在下、栈底在上。之所以这样子，是因为我们将内存的高地址视为在上面、低地址在下面，而栈是由高地址向低地址推进的。如下图所示：
调用函数前
在C程序调用函数前，它会现将函数所要用到的参数值以 逆序 的方式压入栈中。当调用函数时，函数所使用的参数值就是这些被压入栈中的值。此时栈中的情况如下图所示：
这里要注意的是逆序压入，这是C语言调用的约定。比如调用函数fun(a, b, c, d)，则压栈的顺序为d、c、b、a 。
这里也解释了为什么C语言调用函数后，作为参数的变量，它们的值并没有发生改变。其原因就在于它们本身并没有参与被调用函数中的运算，真正参与运算的是它们在栈中的拷贝。
在压入参数值后，将会一条call跳转指令。call指令会将调用完函数后将要返回的地址压入栈中，然后跳转到函数起始处（即将%eip寄存器的值修改为函数的起始地址）。此时栈中情况如图所示：
调用函数时
现在eip指针（即%eip寄存器）已经指向了函数的起始地址，但是函数的起始部分并不是立马开始执行那些C语言写的代码，它还有一些准备工作。
调用函数时，函数会先将%ebp寄存器的值压入栈中保存起来，然后用movl指令将栈指针寄存器%esp的值复制给%ebp。此时栈中情况如图所示：
接下来准备工作完成，开始执行真正的函数代码了。在函数中免不了会定义局部变量，这些局部变量同样会依次压入栈中。假设函数中已经定义了n个局部变量，定义的顺序是局部变量1、局部变量2、…、局部变量n，此时栈中的情况如下：
关于寄存器%ebp
%ebp寄存器被称为基址指针寄存器，在C语言的约定中它被用于访问函数的参数和局部变量。如何访问？当然是将%ebp作为基地址，然后通过偏移地址来访问栈中的各个值，所以ebp才叫作 基址 指针寄存器。
栈帧
栈帧就是一个函数所对应的栈中所有的栈变量。就以上图为例，上图中整个栈就是一个栈帧，里面的栈变量包括了参数、局部变量和要返回的地址。
函数调用将要结束时
函数调用将要结束时，函数会做以下几件事：
- 将返回值存储到%eax寄存器（这个同样是C语言的约定）
- 通过栈保存的内容来恢复到调用前的状态
- 跳转回调用该函数的程序，即跳转到之前保存在栈中的地址。
下面是返回主程序的汇编指令：
mov %ebp, %esp
popl %ebp
ret
- 先将%esp寄存器指向%ebp所指的地方，注意%ebp所指的内容一直保存着 旧的%ebp的值 。
- 再用一条popl %ebp指令即可将%ebp恢复到调用函数前的状态。这里要注意的是，当执行完栈弹出指令后，栈指针%esp就会指向栈中的下一条内容，即要返回的地址
- 最后用一条ret指令便跳回到主程序。ret指令会弹出栈顶的值，然后将该值复制到%eip寄存器。注意上一条说的，会发现现在复制到%eip的值正是要返回的地址。
函数调用结束后
调用结束后主程序还有做一些事，就是将栈中剩余的参数部分弹出，当所有参数被弹出后，%esp的值也就恢复到调用函数之前的状态了。
注
- 从前面的分析便不难理解C语言为何无法改变传入函数的参数变量了；另外C语言中也不将函数中局部变量的地址作为返回值也可以轻易理解（函数返回时，其栈帧中的局部变量已经全部被舍弃了，该地址的内容已经无法预知）。
- 注意C语言中，%ebp和%esp寄存器都会被恢复，但其它寄存器情况就不一定了，而%eax寄存器的内容一定会被刷新（因为它保存了返回值）。
- 如果完全自己写汇编的话，完全可以不用%ebp保存栈帧的基地址，但是这是C语言的约定，并且由于硬件的结构该寄存器就是专门派这个用处的，效率是更高的。
- 这里只是讨论了C语言调用函数的一般情况，并没有讨论全局变量、返回值为一个结构（如果结构较大时，很明显之前说的%eax就会出现保存不下返回值的情况）等情况。
- 在提醒一下内存中栈是向下推进的，不是向上！！