c語(yǔ)言函數(shù)調(diào)用棧幀動(dòng)畫(huà),運(yùn)行時(shí)棧幀結(jié)構(gòu)

C語(yǔ)言棧的調(diào)用。

程序中，一個(gè)函數(shù)是一個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程可以分為包括傳入?yún)?shù)、過(guò)程代碼、返回三部分構(gòu)成。由于一個(gè)函數(shù)過(guò)程需要用到內(nèi)部變量、臨時(shí)變量等，所以需要在進(jìn)程空間的?？臻g分配一段存儲(chǔ)片段來(lái)存儲(chǔ)函數(shù)過(guò)程中的這些參數(shù)，該內(nèi)存片段即為棧幀。

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棧幀的由來(lái)：

為一個(gè)函數(shù)的過(guò)程提供一個(gè)存儲(chǔ)函數(shù)局部變量，參數(shù)，返回地址和其他臨時(shí)變量；

棧幀的周期：

進(jìn)入函數(shù)~函數(shù)返回，該階段內(nèi)棧幀作為

不同的語(yǔ)言具體的實(shí)現(xiàn)方式略有不同，但是，總體上，fun(a,b);

局部變量：

包括函數(shù)傳入的形參和函數(shù)內(nèi)部定義的變量；

返回地址：

指令指針p指向call

fun，那么fun棧幀存儲(chǔ)的返回地址為p+1;現(xiàn)今的編譯器的一個(gè)約定是將返回地址存到一個(gè)固定的寄存器中，這樣比讀取棧幀（內(nèi)存）效率要高。

臨時(shí)變量：

主要為計(jì)算，運(yùn)算過(guò)程中的中間臨時(shí)變量；

參數(shù)傳遞：

其一：如果fun中調(diào)用另一個(gè)函數(shù)k(a,b...n);那么,傳遞的參數(shù)是形參，按照現(xiàn)代編譯規(guī)定，前k個(gè)形參是通過(guò)寄存器傳遞，后n-k個(gè)形參通過(guò)棧幀的實(shí)參部分（棧幀的尾部）來(lái)傳遞；

其二：主要為在fun中要調(diào)用函數(shù)g(a,b)，那么為g()函數(shù)傳出實(shí)參(形參是通過(guò)寄存器來(lái)傳遞的)是通過(guò)“傳出實(shí)參”區(qū)塊進(jìn)行的，這么做主要是為了保證該實(shí)參能夠被內(nèi)層嵌套的函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)。比如，g函數(shù)由調(diào)用一個(gè)k(a地址)函數(shù)，同樣需要用到a的地址，所以fun在傳遞參數(shù)時(shí)必須為實(shí)參(a)傳遞申請(qǐng)固定的內(nèi)存存儲(chǔ)空間（而非用寄存器）這樣k函數(shù)可以通過(guò)固定的內(nèi)存地址（fun的形參列表來(lái)獲取參數(shù)值）。這時(shí)的g的棧幀為fun棧幀的下一幀（相鄰的空間地址），即調(diào)用者和被調(diào)用者的棧幀是相連的；

保護(hù)的寄存器：

棧幀作為函數(shù)過(guò)程的一個(gè)臨時(shí)內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)塊，同時(shí)負(fù)責(zé)函數(shù)調(diào)用過(guò)程中寄存器值的保存和還原。即：假設(shè)fun函數(shù)目前占用了寄存器ri存儲(chǔ)一個(gè)臨時(shí)變量t，而此時(shí)調(diào)用了函數(shù)g()，在g()函數(shù)中可能需要用到寄存器ri做運(yùn)算的臨時(shí)存儲(chǔ)，那么如何確保g()函數(shù)調(diào)用返回后，ri恢復(fù)到fun中t的原來(lái)值。這就需要在調(diào)用者或者被調(diào)用者中選擇其一來(lái)保存原有ri的值，即caller-save或者callee-save。

C語(yǔ)言函數(shù)調(diào)用棧

程序的執(zhí)行過(guò)程可看作連續(xù)的函數(shù)調(diào)用。當(dāng)一個(gè)函數(shù)執(zhí)行完畢時(shí)，程序要回到調(diào)用指令的下一條指令(緊接call指令)處繼續(xù)執(zhí)行。函數(shù)調(diào)用過(guò)程通常使用堆棧實(shí)現(xiàn)，每個(gè)用戶(hù)態(tài)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)用棧結(jié)構(gòu)(call stack)。編譯器使用堆棧傳遞函數(shù)參數(shù)、保存返回地址、臨時(shí)保存寄存器原有值(即函數(shù)調(diào)用的上下文)以備恢復(fù)以及存儲(chǔ)本地局部變量。

不同處理器和編譯器的堆棧布局、函數(shù)調(diào)用方法都可能不同，但堆棧的基本概念是一樣的。

寄存器是處理器加工數(shù)據(jù)或運(yùn)行程序的重要載體，用于存放程序執(zhí)行中用到的數(shù)據(jù)和指令。因此函數(shù)調(diào)用棧的實(shí)現(xiàn)與處理器寄存器組密切相關(guān)。

AX(AH、AL)：累加器。有些指令約定以AX(或AL)為源或目的寄存器。輸入/輸出指令必須通過(guò)AX或AL實(shí)現(xiàn)，例如：端口地址為43H的內(nèi)容讀入CPU的指令為INAL，43H或INAX，43H。目的操作數(shù)只能是AL/AX，而不能是其他的寄存器。 [5]

BX(BH、BL)： 基址寄存器 。BX可用作間接尋址的地址寄存器和 基地址寄存器 ，BH、BL可用作8位通用數(shù)據(jù)寄存器。 [5]

CX(CH、CL)：計(jì)數(shù)寄存器。CX在循環(huán)和串操作中充當(dāng)計(jì)數(shù)器，指令執(zhí)行后CX內(nèi)容自動(dòng)修改，因此稱(chēng)為計(jì)數(shù)寄存器。 [5]

DX(DH、DL)：數(shù)據(jù)寄存器。除用作通用寄存器外，在 I/O指令 中可用作端口 地址寄存器 ，乘除指令中用作輔助累加器。 [5]

2.指針和 變址寄存器

BP( Base Pointer Register)：基址指針寄存器。 [5]

SP( Stack Pointer Register)： 堆棧指針寄存器 。 [5]

SI( Source Index Register)：源變址寄存器。 [5]

DI( Destination Index Register)：目的變址寄存器。 [5]

函數(shù)調(diào)用棧的典型內(nèi)存布局如下圖所示：

圖中給出主調(diào)函數(shù)(caller)和被調(diào)函數(shù)(callee)的棧幀布局，"m(%ebp)"表示以EBP為基地址、偏移量為m字節(jié)的內(nèi)存空間(中的內(nèi)容)。該圖基于兩個(gè)假設(shè)：第一，函數(shù)返回值不是結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體，否則第一個(gè)參數(shù)將位于"12(%ebp)" 處；第二，每個(gè)參數(shù)都是4字節(jié)大小(棧的粒度為4字節(jié))。在本文后續(xù)章節(jié)將就參數(shù)的傳遞和大小問(wèn)題做進(jìn)一步的探討。 此外，函數(shù)可以沒(méi)有參數(shù)和局部變量，故圖中“Argument(參數(shù))”和“Local Variable(局部變量)”不是函數(shù)棧幀結(jié)構(gòu)的必需部分。

其中，主調(diào)函數(shù)將參數(shù)按照調(diào)用約定依次入棧(圖中為從右到左)，然后將指令指針EIP入棧以保存主調(diào)函數(shù)的返回地址(下一條待執(zhí)行指令的地址)。進(jìn)入被調(diào)函數(shù)時(shí)，被調(diào)函數(shù)將主調(diào)函數(shù)的幀基指針EBP入棧，并將主調(diào)函數(shù)的棧頂指針ESP值賦給被調(diào)函數(shù)的EBP(作為被調(diào)函數(shù)的棧底)，接著改變ESP值來(lái)為函數(shù)局部變量預(yù)留空間。此時(shí)被調(diào)函數(shù)幀基指針指向被調(diào)函數(shù)的棧底。以該地址為基準(zhǔn)，向上(棧底方向)可獲取主調(diào)函數(shù)的返回地址、參數(shù)值，向下(棧頂方向)能獲取被調(diào)函數(shù)的局部變量值，而該地址處又存放著上一層主調(diào)函數(shù)的幀基指針值。本級(jí)調(diào)用結(jié)束后，將EBP指針值賦給ESP，使ESP再次指向被調(diào)函數(shù)棧底以釋放局部變量；再將已壓棧的主調(diào)函數(shù)幀基指針彈出到EBP，并彈出返回地址到EIP。ESP繼續(xù)上移越過(guò)參數(shù)，最終回到函數(shù)調(diào)用前的狀態(tài)，即恢復(fù)原來(lái)主調(diào)函數(shù)的棧幀。如此遞歸便形成函數(shù)調(diào)用棧。

EBP指針在當(dāng)前函數(shù)運(yùn)行過(guò)程中(未調(diào)用其他函數(shù)時(shí))保持不變。在函數(shù)調(diào)用前，ESP指針指向棧頂?shù)刂?，也是棧底地址。在函?shù)完成現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)之類(lèi)的初始化工作后，ESP會(huì)始終指向當(dāng)前函數(shù)棧幀的棧頂，此時(shí)，若

傳智的老師講C語(yǔ)言函數(shù)的棧幀調(diào)用過(guò)程講錯(cuò)了吧？大家進(jìn)來(lái)看看

你的老師是沒(méi)說(shuō)錯(cuò)的。棧的規(guī)則是先進(jìn)后出，后進(jìn)先出。進(jìn)入棧不代表會(huì)運(yùn)行，它只是進(jìn)入了1個(gè)運(yùn)行的隊(duì)列。按照你的方法那這個(gè)棧基本沒(méi)意義了，因?yàn)槟闶沁M(jìn)棧就出棧了，直接就運(yùn)行了。并沒(méi)有一個(gè)隊(duì)列順序。

1、printf（n2）它最先進(jìn)棧，所以它的排在隊(duì)列的最后面，它最后運(yùn)行。這符合程序的運(yùn)行順序

2、printf（n1）它第二進(jìn)棧，所以它是倒數(shù)第二個(gè)運(yùn)行的。以此類(lèi)推下去。

3、如果按照你的說(shuō)法，main最先進(jìn)棧，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它是在棧的底部，它無(wú)法最先運(yùn)行。因?yàn)樗厦孢€有你說(shuō)的printf1，2，3，4，5等等。先出棧也是它們，意味著先運(yùn)行也是它們。這和事實(shí)不符的。因?yàn)檫\(yùn)行一個(gè)程序是從主函數(shù)開(kāi)始運(yùn)行的。

4、根據(jù)棧的規(guī)定，這里main應(yīng)該是最后進(jìn)棧的才對(duì)，因?yàn)樗詈筮M(jìn)棧，所以他最先出棧，也是它最先運(yùn)行。

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