深入解析C++函数栈帧与寄存器工作原理：VS2019调试工具实战指南

本文使用VS2019的代码调试工具来分析C++函数堆栈框架；

本文继续《C++的异常处理机制》，分析异常捕获的原理。接下来我们看一下栈帧的工作原理。你也会明白为什么栈内存可以自动释放，而堆内存需要通过delete释放。

1. 关于寄存器

寄存器--32位程序调试

通用寄存器：主要用于存储操作数、运算结果等信息，从而节省读取操作数时占用总线和访问内存所需的时间。 RAX、RBX、RCX、RDX 和 EAX、EBX、ECX、EDX 和 AX、BX、CX 和 DX 分别称为 64 位、32 位和 16 位通用寄存器。并增加8个通用寄存器（R8~R15）。有四个通用寄存器（RAX、RBX、RCX、RDX），它们的低32位与原来的32位通用寄存器（EAX、EBX、ECX、EDX）重叠并共享。

指针寄存器：指针寄存器主要用于存储存储单元在栈中的偏移量。它们可用于实现内存操作数的多种寻址模式，为以不同地址形式访问存储单元提供便利。 RIP、RBP、RSP、RSI、RDI 和 EIP、EBP、ESP、ESI、EDI 和 IP、BP、SP、SI 和 DI 分别称为 64 位、32 位和 16 位指针寄存器。

索引寄存器：主要用于存储存储单元在段内的偏移量。它们可用于实现内存操作数的多种寻址模式，为以不同地址形式访问存储单元提供便利。

此外，还有段寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器等。

这里我们只讲EBP和ESP寄存器：

2.关于栈帧

栈帧的主要作用是控制和保存函数调用的所有信息。它在调用函数时为进程在堆栈空间中开辟一块空间来执行过程调用。过程调用包括传输数据（以过程参数和返回值的形式），并将控制从代码的一个部分传递到另一部分。此外，它必须在进入时为过程的局部变量分配空间，并在退出时释放它们。

栈帧构造完成后，会有两个寄存器来标识栈帧，分别是基址寄存器EBP（指向栈底）和栈顶寄存器ESP（指向栈顶）。这两个寄存器存储栈顶和栈底。地址，访问栈帧中的一些信息也是通过这两个指针寄存器。通常EBP是不动的，压栈和出栈操作是通过ESP的移动来实现的。

请看示例代码：

int add(int x,int y)
{ 
        return x + y;
};
int main()
{
        int a = 1;
        int b = 2;
        auto c = add(a, b);
        return 1;
}

下图是add函数的完整组装

添加功能组件

从上图可以看到，栈帧是在执行add函数的左大括号时创建的（add的第一行还没有执行完）。接下来我们来分析一下add函数的栈帧结构。首先，简单翻译一下汇编语法。获得了添加栈帧的创建和推送过程。

根据上图的翻译，可以得到如下所示的add函数栈帧。

函数栈帧

我们再看一下栈帧（执行add函数的右大括号开始弹出栈帧）。根据后进先出原则，看mov esp、ebp和pop ebp指令。

如下图所示，esp和ebp可以重定向到main函数栈帧。

恢复esp和ebp再次指向main函数栈帧