TOMORROW 星辰 發表於 2020-12-11 16:21:13
相信很多編程新手村的同學們都會有一個疑問：C 語言如何調用函數的呢？局部變量的作用域為什麼僅限於函數內？這個調用不是指C 語言上的函數調用的語法，而是在內存的視角下，函數的調用過程。本文將從C 語言調用實例，內存視角,反彙編代碼來探討C 語言函數的調用過程，也可以說是C 語言函數調用過程圖解。通過這個C 語言函數調用過程圖解，同學們將會知道，C 語言函數在調用時，內存空間是怎樣變化的。
要想理解這一個過程還好涉及到函數棧幀的概念。函數棧幀指的是，在調用函數時，系統在棧空間中給函數所分配的一段連續空間。其中 ebp（棧幀基址指針）則是指明了當前函數的棧幀基地址，對函數的資源（局部變量、實參等）的訪問，都要通過 ebp+offset（偏移量）來進行訪問。而 esp 則是棧指針，指示當前棧空間棧頂的位置。
以下代碼即是此次探討 C 語言函數調用過程的實例源碼：
int subFunc(int abc){ int def=0x9999; abc=0x8888; return abc;} int _tmain(){ subFunc(0x2222); return 0;}
源碼很簡單，在一個主函數中，調用一個帶參數的子函數。源碼使用 Visual Studio2010 進行調試，並同時查看內存窗口、反彙編窗口及變量窗口。
進入調試模式，並將斷點定在調用子函數 subFunc()處，然後運行並觀察。
通過觀察窗口，可以知道，此時還是在執行 main 函數，而 ebp（棧幀基址指針）指向的是 0x0073fb64，esp=0x0073fa98。從反彙編代碼可以看到，在調用函數前，需要先將參數壓棧，也就是將實參存到了 0x0073fa94 處，然後再調用到子函數。
進入到子函數時，esp 已經變成了 0x0073fa8c，而 0x0073fa90 處存放的是，子函數執行完後返回到 main 函數中的地址。進入到子函數後，先將 main 函數的 ebp 壓棧，然後將當前棧頂指針的值賦值給 ebp 作為當前子函數的 subFunc()的棧幀基址指針。此時 esp 和 ebp 都變成了 0x0073fa8c。
緊接著，可以看到，esp 一下子被減去了 0x0cch，也就是說棧空間一下子增長了 0x0cch，並且這段空間全部被賦值為 0xcc。再往下看，可以看到子函數中的局部變量被分配在了 0x0073fa84 處（因為變量是 32 位的，然後 CPU 卻是 64 位的，所以空了 32 位不作使用），也就是說，這一段被初始化為 0xcc 的棧空間是被用來給局部變量分配空間的。
接下來再看，在 main 函數傳遞了一個實參 0x2222 給子函數 subFunc 中的形參 abc。在對 abc 進行讀寫時，其實就是在對前面實參所被存儲的空間進行讀寫，也就是說形參在作為參數也作為局部變量的同時，它所被分配的內存空間是在函數棧幀基址 ebp 之下。
而子函數被執行完後，返回的過程則是一個與上面過程相逆的過程。將相應的數據出棧，恢復 ebp 等信息，釋放子函數的棧空間，返回到主函數。所以局部變量的作用域只是在函數中，當函數被執行完返回時，函數的棧幀都被釋放了，局部變量等數據也就沒有了，不存在了，也就是說局部變量的生命周期是與函數的生命周期等同的。
經過以上的 C 語言函數調用過程圖解，相信已經理解了 C 語言在內存中是如何調用的了。然後可以總結並得出下面的函數調用的棧幀圖解。從函數調用的層面看，棧空間是被從下往上一塊一塊地增長的，並且是後分配的先被釋放，先分配的後被釋放。
編輯：hfy
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