栈帧、RBP 与 RSP 的解释（大白话）

大局观：一个类比

想象你正在解一道很大的数学题，你手边有一叠草稿纸。

  1. 栈（Stack）：就像电脑的内存栈，是一个临时的工作区。
  2. 一张新纸：当你调用一个函数（例如 main 调用 hello），你会拿一张新的纸放在最上面。这张新纸就是 hello 函数的 栈帧（Stack Frame）。它是这个函数调用的私有工作区。
  3. 后进先出（LIFO）：当 hello 用完了，你会把这张纸丢掉，露出下面那张（属于 main 的栈帧）。你永远只在最上面那张纸上工作。

[!Caution] 在 x86-64 的内存地址空间 里，栈是向低地址方向增长的。从上往下是高到低.

一个栈帧保存了一个函数运行所需的一切：

  • 该函数的局部变量（例如 hello 里的 int age = 42;）。
  • 传进来的参数（例如 name）。
  • 返回地址（当函数完成后，知道要回到 main 的哪一行继续执行）。

关键角色：RBP 和 RSP

要管理这堆纸（栈），你有两根“手指”：

  • RSP（Stack Pointer，栈指针）：就像“写字的手指”。它总是指向栈的最顶端(即当前最低的有效地址，最新分配的空间)。随着你分配或回收数据，RSP 上下移动。在 x86-64 中，栈是向下增长的，所以分配 32 字节时会 sub rsp, 0x20（往低地址移动）。
  • RBP（Base Pointer，基址指针）：就像“锚定的手指”。它指向当前函数栈帧的底部。整个函数执行过程中 RBP 保持不动，而 RSP 可能会不断变化。这样一来，局部变量就可以用 相对于 RBP 的固定偏移量 来访问。

例如文档里：

  • [rbp-0x18] 一直指向参数 name。
  • [rbp-0x8] 一直指向局部变量 age。

执行过程：一次函数调用的步骤

现在我们追踪 main 调用 hello 时栈的变化。

1. 函数序言（Prologue）：设置新栈帧

hello 开始时要准备自己的工作区，典型序言代码是：

push   rbp
mov    rbp, rsp
sub    rsp, 0x20

解释：

  1. push rbp：保存旧的锚点（main 的 RBP）。
  2. mov rbp, rsp：设置新的锚点，把 RBP 定在当前栈顶。现在 RBP 就是 hello 的栈帧底部。
  3. sub rsp, 0x20：为局部变量分配 32 字节空间。

此时 hello 拥有了自己的“纸张”，可以安全使用。

2. 函数尾声（Epilogue）：清理并返回

当 hello 执行完毕，需要收拾现场并返回到 main。典型尾声是：

leave
ret

解释：

  1. leave 等价于：

    • mov rsp, rbp：丢弃整个栈帧，栈指针回到 RBP。
    • pop rbp：恢复旧的 RBP（即 main 的锚点）。

  2. ret：返回到调用点。call hello 时，CPU 已经把返回地址压到栈里。ret 会把它弹出并跳回去继续执行。

总结：调用栈（Call Stack）

当一个函数调用另一个函数，再调用下一个函数（比如 main -> functionA -> functionB），栈里会依次叠放多个栈帧。这就是 调用栈。

每次函数返回，最上面的栈帧就被移除，直到回到 main。

调试器里的 bt（backtrace）命令就是把这堆栈帧按顺序打印出来。

这样你就能理解：

  • RSP 是动态指针，总在变。
  • RBP 是稳定锚点，用来定位局部变量和参数。
  • 函数序言和尾声 就是建立和拆除栈帧。