CPU阿甘：函数调用的秘密

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我是CPU阿甘，今天要讲一讲函数调用的秘密，这个确实有点复杂，想透彻的理解机器代码层面的函数调用不容易。
 
我也是从无数的指令中悟出这个函数调用的秘密的， 所以慢慢来，不要急。 放松心情，慢慢的品味，你可能需要多看几遍才能明白。
 
但是你一旦理解了，绝对物超所值，因为你会了解到汇编，寄存器，指针，以及他们在一起到底是怎么工作的。

首先， 一个程序的有指令都老老实实的放在内存的一个地方，这个地方是Linux老大分配的，我干涉不了，但是这些指令都是我打电话通知硬盘，让他给运输到内存的。 
然后Linux老大就会告诉我程序的入口点，其实就是第一条指令的存放地址，我就打电话问内存要这个指令，取到指令以后就开始执行。这些指令当中无非有这么几类：

1. 把数据从内存加载我的寄存器里什么？（寄存器就是CPU内部的一个临时的数据存储空间了）；
2. 对寄存器的数据进行运算，例如把两个寄存器的数加起来；
3. 把我寄存器的数据再写到内存里。

但是我一旦遇到像这样的指令。

当把寄存器ebp的值压到栈里去，我就知道好戏要上场了，函数调用就会开始。

我们这些x86体系的机器有个特点，就是每个函数调用都会创建一个所谓的“帧”
哈哈， 不要被这些术语吓坏， 其实帧也就是我哥们内存中的一段连续的空间而已。像这样：

多个函数帧在内存里排起来， 就像一个先进后出的栈一样，不过，这个栈不像我们常见的栈，栈底在下面。相反，这个栈的栈底在上面，是从上往下生长的 （或者说是从高地址向低地址生长的）。
内存经常向我抱怨："阿甘，你知道吗，每次我看到这个栈，都有一种真气逆行的感觉，半天都调整不过来 " 
但内存不知道，我有一个叫ebp的特殊寄存器，一直会指向当前函数在一个栈的开始地址。我还有另外一个特殊寄存器，叫做esp。他会随着指令的运行，指向函数帧的最后的地址，像这样:aaarticlea/png;base64,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" alt="" data-src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/KyXfCrME6UJrqjFwY47XjzDDkP8ichuyDxIvVUCdwfpuWqPicRZSjFbkNs4RIAMsUE1fwRkwNLgvR2NTfSN1M4HQ/0?wx_fmt=png" data-ratio="0.49764150943396224" data-w="424" />现在这个指令来了：

“把寄存器ebp的值压到栈里去”

“把esp的值赋给ebp”
aaarticlea/png;base64,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" alt="" data-src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/KyXfCrME6UJrqjFwY47XjzDDkP8ichuyDlIgA4yibVTCia9AKT4dSd3tYqRiahplyKnoeFSbwHHkcgj2JotX9U74Uw/0?wx_fmt=png" data-ratio="0.5170454545454546" data-w="528" />你看看，是不是新的函数帧生成了?只不过现在只有一行数据。ebp和esp指向同一地址。函数帧的第一行的地址是800，里边的内容是1000，也就是上个函数帧的地址。
注意，我们每次操作的是4个字节，所以原来esp 的地址是804，现在变成了800我又问内存要下一条指令：

“把esp 的值减去24”

下面几条指令是这样的：

“把10放到ebp 减去4的地址” （其实就是796嘛）；

“把20放到ebp减去8的地址” （其实就是792嘛）。

你们知道这是干什么吗？ 我想了好久才明白这是干嘛， 这其实就是在分配函数的局部变量啊我猜源代码应该是这样的：int x = 10;int y = 20;在我看来， x, y 只是变量， 他们叫什么根本不重要， 重要的是他们的值和地址！下面几条指令很有意思：

“把地址796作为数据放到 esp指向的地址” （其实就是776嘛）

“把地址792作为数据放到 esp+4指向的地址” （其实就是780嘛）

aaarticlea/png;base64,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" alt="" data-src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz/KyXfCrME6UJrqjFwY47XjzDDkP8ichuyDI1OI6HtIH7zh7kdAfN68T06zZHmomJmMiafKuXu5zicPFScv3Q03Ox5A/0?wx_fmt=png" data-ratio="0.7877358490566038" data-w="424" />这又是在干嘛？

这其实就相当于把 x 的指针 &x和 y 的指针 &y ，放到了特定的地方, 准备着要做什么事情 ， 可能要调用函数了。

所以，所谓的指针就是地址而已。

我猜程序员写的代码应该是这样：int x = 10;int y = 20;int sum= add(&x, &y); 接下来的指令是这样：

“调用函数 add”
我看到这样的函数就需要特别小心， 因为我必须要找到 add函数返回以后的那条指令的地址， 把它也压到栈里去。

int x = ;
int y = ;
int sum = add(&x, &y);
printf("the sum is %d\n",sum);// 假设这条指令的地址是100

注意啊， 把函数调用结束的以后的返回地址100压入栈以后， esp 也发生变化了， 指向了772的位置我会找到函数Add 的指令，继续执行

“把寄存器ebp的值压到栈里去”

“把esp的值赋给ebp”

“把寄存器ebx的值压入栈”

你看每个函数的开始指令都是这样， 我猜这应该是一种约定吧这里额外把ebx这个寄存器压入栈， 是因为ebx可能被上个函数使用， 但是在add函数中也会用 ， 为了不破坏之前的值， 只有先委屈一下暂时放到内存里吧。

接下来的指令是：

“把ebp 加8的数据取出来放到 edx 寄存器” （ebp+8 不就是地址776嘛，其中存放的是&x的地址，这就是取参数了）
“把ebp 加12的数据取出来放到 ecx 寄存器” （ebp+12 不就是地址780嘛, 其中存放的是&y的地址）

注意啊，现在edx的值是796，ecx的值是792，但他们仍然不是真正的数据，而是指针（地址）！
“把edx 指向的内存地址（796）的数据取出来，放到ebx 寄存器”
“把ecx 指向的内存地址（792）的数据取出来，放到eax寄存器” 
此时此刻，终于取到了真正的值，ebx = 10，eax = 20你晕了没有?

如果你到此已经晕了，建议你再读一遍。

我想源代码应该非常的简单，就是这样：

int add(int *xp , int *yp)
{
    int x = *xp;    int y = *yp;
     ....
}

“把ebx 和 eax 的值加起来，放到 eax寄存器中”

这个指令我最擅长做了。接下来的指令也很关键， add 函数已经调用完成， 准备返回了

“把esp 指向的数据弹出的ebx寄存器”

“把esp 指向的数据弹出到ebp寄存器”

你看add 函数帧已经消失了，或者换句话说，add 函数帧的数据还在内存里，只是我们不在关心了！

接下来的指令非常的关键：

“返回”

我就会取出那个返回地址，也就是 100，去这里找指令接着执行其实就是这条语句：

 printf("the sum is %d\n",sum);

问你一个问题，sum的值在那里保存着呢？ 对，是在eax寄存器里 ！
搞定了，看着很复杂，其实看透了也挺简单吧。

函数调用，关键就是：

(1)把参数和返回地址准备好；

(2)然后大家都遵循约定， 每次新函数都要建立新的函数帧：

“把寄存器ebp的值压到栈里去”

“把esp的值赋给ebp”

(3) 函数调用完了，重置 ebp 和esp，让他们重新指向调用着的栈帧。

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