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关于栈帧变化完整流程图（函数嵌套）

news 2025/7/7 11:31:09

一、什么是栈帧（Stack Frame）

当一个函数被调用时，会在栈上开辟一段空间，叫做栈帧。
每个栈帧保存了：

函数的参数
返回地址（从哪里跳回来）
上一个栈帧的栈底指针（保存调用者的 EBP / FP）
局部变量
保存的一些寄存器（可选）

二、函数嵌套调用例子

以 C 为例：

void C() {int c = 3;
}void B() {int b = 2;C();
}void A() {int a = 1;B();
}int main() {A();return 0;
}

三、每次函数调用的栈帧结构（以 x86 为例）

栈增长方向：从高地址向低地址

每次调用栈帧大致如下（从下到上）：

高地址
│
│  上一帧的 EBP（caller 的栈底）
│  返回地址（RET）
│  参数（如有）
│  局部变量（如 int x）
│
↓
低地址

四、函数嵌套时完整栈帧流程图

以调用链 main → A → B → C 为例，假设每层函数内部有 1 个 int 局部变量。

初始状态：
栈空main() 被调用：
+-------------------+ ← ESP,EBP（main 的栈底）
| 返回地址          |
+-------------------+
| 局部变量 return=0 |
+-------------------+main() → A()
+-------------------+ ← ESP（当前）
| 返回地址(main)    |
+-------------------+
| 上一帧的 EBP      |
+-------------------+
| 局部变量 a=1      |
+-------------------+A() → B()
+-------------------+
| 返回地址(A)       |
+-------------------+
| 上一帧的 EBP      |
+-------------------+
| 局部变量 b=2      |
+-------------------+B() → C()
+-------------------+
| 返回地址(B)       |
+-------------------+
| 上一帧的 EBP      |
+-------------------+
| 局部变量 c=3      |
+-------------------+栈顶 (ESP)

五、函数返回时的栈帧回退过程

函数返回时，会弹出当前栈帧，恢复上一个函数的栈帧（EBP 和 RET 地址）。

C() return → ESP 恢复到 B()
B() return → ESP 恢复到 A()
A() return → ESP 恢复到 main()
main() return → 程序结束

六、流程图总结

main
│
├── 调用 A()
│   │
│   └── 调用 B()
│       │
│       └── 调用 C()
│
└── 每层函数进栈，栈帧不断叠加每层函数返回，栈帧依次弹出

七、可视化理解

栈顶
│
│  C 的局部变量
│  返回地址（B）
│
│  B 的局部变量
│  返回地址（A）
│
│  A 的局部变量
│  返回地址（main）
│
│  main 的局部变量
│  返回地址（操作系统）
↓
栈底

八、汇编视角分析

以 x86 为例，函数调用时常见的指令：

CALL func   ; 压入返回地址 → 跳转
PUSH EBP    ; 保存当前帧
MOV EBP, ESP; 建立新栈帧
SUB ESP, n  ; 为局部变量分配空间
...
MOV ESP, EBP; 恢复 ESP
POP EBP     ; 恢复上层栈帧
RET         ; 弹出返回地址

九、总结

步骤	栈帧变化	关键指令
函数调用	新栈帧入栈	`CALL`、`PUSH EBP`
建立栈帧	保存旧帧 & 分配空间	`MOV EBP, ESP`、`SUB ESP, n`
函数返回	弹出栈帧	`MOV ESP, EBP`、`POP EBP`、`RE`