栈中函数调用原理详解

一、eip、ebp、esp介绍

    EIP，EBP，ESP都是系统的寄存器，里面存储的是些地址，我们系统中栈的实现上离不开他们三个。 我知道栈的数据结构主要特点是 后进先处。它还有两个作用： 1.栈是用来存储临时变量，函数传递的中间结果。 2.操作系统维护的，对于程序员是透明的。

    下面我们就通过一个小例子说说栈的原理。

     先写个小程序：

void fun(void)

{

    printf("helloworld")；

}

void main(void)

{

    fun()

     printf("函数调用结束");

}

当程序进行函数调用的时候，我们经常说的是先将函数压栈，当函数调用结束后，再出栈。这一切的工作都是系统帮我们自动完成的。但在完成的过程中，系统会用到下面三种寄存器：EIP、ESP、EBP。

当调用fun函数开始时，三者的作用。

EIP寄存器里存储的是CPU下次要执行的指令的地址。 也就是调用完fun函数后，让CPU知道应该执行main函数中的printf（"函数调用结束"）语句了。

EBP寄存器里存储的是是栈的栈底指针，通常叫栈基址，这个是一开始进行fun()函数调用之前，由ESP传递给EBP的。（在函数调用前你可以这么理解：ESP存储的是栈顶地址，也是栈底地址。）

ESP寄存器里存储的是在调用函数fun()之后，栈的栈顶。并且始终指向栈顶。

当调用fun函数结束后，三者的作用：

系统根据EIP寄存器里存储的地址，CPU就能够知道函数调用完，下一步应该做什么，也就是应该执行main函数中的printf（“函数调用结束”）。

EBP寄存器存储的是栈底地址，而这个地址是由ESP在函数调用前传递给EBP的。等到调用结束，EBP会把其地址再次传回给ESP。所以ESP又一次指向了函数调用结束后，栈顶的地址。

二、堆和栈

首先要清楚的是程序对内存的使用分为以下几个区：

栈区（stack）：由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。操作方式类似于数据结构中的栈。

堆区（heap）：一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。与数据结构中的堆是两码事，分配方式类似于链表。

全局区（static）：全局变量和静态变量存放在此。

文字常量区：常量字符串放在此，程序结束后由系统释放。

程序代码区：存放函数体的二进制代码。

典型的内存区域分配如图所示：

其次是堆和栈的申请方式：栈由系统自动分配，速度较快，在windows下栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域，大小是2MB。堆需要程序员自己申请，并指明大小，速度比较慢。在C中用malloc，C++中用new。另外，堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域，堆的大小受限于计算机的虚拟内存。因此堆空间获取和使用比较灵活，可用空间较大。

三、栈帧结构和函数调用过程

首先应该明白，栈是从高地址向低地址延伸的。每个函数的每次调用，都有它自己独立的一个栈帧，这个栈帧中维持着所需要的各种信息。寄存器ebp指向当前的栈帧的底部（高地址），寄存器esp指向当前的栈帧的顶部（地址地）。下图为典型的存取器安排，观察栈在其中的位置

入栈操作:push eax; 等价于esp=esp-4,eax->[esp];如下图