栈帧：理解函数如何调用

要理解栈帧，首先要理解两个比较关键的寄存器

• ESP(Extended Stack Pointer)：32位 x86 的栈指针寄存器
• EBP(Extended Base Pointer)：32位 x86 的基址指针寄存器

在 x86-64 中，对应的是：

• RSP
• RBP

什么是栈帧？

可以理解为

栈帧是函数调用过程中，在栈上划分出来的一块用于保存调用相关数据的区域

根据编译器、架构和调用约定不同，其中可能包含:

• 返回地址
• 保存的寄存器
• 局部变量
• 临时数据
• 其他调用相关信息

返回地址位于函数调用相关的栈数据中，而传统栈帧通常会围绕它组织其他数据

并不是所有函数都会使用传统的 EBP/RBP 栈帧

ESP（x86）/RSP（x86-64）

栈指针寄存器，通常指向当前栈顶附近的位置。

每次 push 会调整栈指针，并将数据保存到新的栈顶位置；pop 则从栈顶取出数据并相应调整栈指针

ESP/RSP 保存当前栈顶的位置，CPU执行 push、pop 等栈操作时会根据它确定操作位置

在采用传统栈帧结构的函数中，EBP/RBP通常作为栈帧指针，在函数执行期间保持相对稳定，以便通过固定偏移访问局部变量和参数。

注意：这是比较经典的栈帧建立方式，还有省略帧指针（frame pointer omission），可以直接使用 ESP/RSP 加偏移访问局部变量

一个经典函数调用

#include<stdio.h>
int func2(int a, int b)
{
    return a + b;
}

int func1(int a, int b)
{
    return func2(a, b);
}

假设

main()
  ↓
func1()
  ↓
func2()

main调用func1时，cpu执行类似：

call func1

执行call时，cpu会：

• 将返回地址压入栈
• 跳转到func1

进入func1后，经典的 32 位 x86 函数可能建立栈帧

push ebp
mov  ebp, esp
sub  esp, xxx

其中：

push ebp

保存调用者的EBP入栈

mov ebp,esp

让 EBP 记录当前栈帧建立时的栈指针位置，作为后续访问栈帧数据的基准

sub  esp, xxx

调整栈指针，为当前函数需要的局部变量、临时数据等预留栈空间

可以得到如下类似结构

高地址
┌──────────────┐
│    参数       │
├──────────────┤
│    返回地址   │
├──────────────┤
│ 保存的 EBP    │
├──────────────┤ ← EBP
│              │
│   局部变量    │
│              │
└──────────────┘ ← ESP
低地址

在 x86/x86-64 中，栈通常向低地址方向增长。

接下来就正常执行这个函数的任务知道要返回的位置，过程保持平栈

平栈，也可以说是栈平衡，是指函数执行过程中对栈指针的调整，在需要返回调用者时，应恢复到符合调用约定要求的状态

人话理解：函数使用栈空间后，在返回调用者之前，需要把栈指针恢复到符合调用约定要求的位置

简单情况下，可以理解为 push/pop 和 sub/add 成对出现

函数返回

经典函数可能通过：

mov esp, ebp
pop ebp

函数收尾时，esp指针回到当前函数最开始的ebp，把调用者的基址重新从栈中取出

ret

处理最开始call存入的返回地址，实现返回

这就是一个完整的函数调用流程

小结

以下为传统32位x86调用方式下的简化栈帧示意，实际布局取决于目标架构、ABI、调用约定和编译器

RSP / ESP
    ↓
当前栈顶位置

RBP / EBP
    ↓
传统栈帧中的基准位置

call
    ↓
保存返回地址 + 跳转

ret
    ↓
取出返回地址 + 跳转

sub rsp/esp
    ↓
分配栈空间

add rsp/esp
    ↓
释放栈空间

虽然但是，参数怎么传入的？