《图解C++函数栈：从创建到销毁，一看就懂的完整指南》

首先百度一下

1. 什么是函数栈帧？

栈（计算机术语）_百度百科

函数栈帧（Function Stack Frame）是程序在调用函数时在栈上分配的一段内存，用于保存函数的局部变量、返回地址、传递的参数以及其他必要的信息。栈帧的存在使得函数可以在调用之间保存上下文，确保函数返回时可以恢复现场。

想象一下栈帧就像一叠盘子，每调用一个函数就放上一个新盘子，函数结束时就取走最上面的盘子。因此，这个"栈"是后进先出的结构。

2. 函数栈帧的创建过程

当函数被调用时，会经历以下几个步骤来创建一个新的栈帧：

1. 保存返回地址：当前函数执行到一个新的函数调用时，必须知道未来如何返回，因此先把当前指令的返回地址保存到栈中。

2. 分配局部变量空间：为函数的局部变量分配内存。所有的局部变量都在栈帧中保存，直到函数调用结束。

3. 保存寄存器内容（可选）：在有些情况下，程序会保存一些重要寄存器的内容，以防止新函数修改它们。

4. 传递参数：把需要传递给被调用函数的参数放入栈中。参数通常从右到左入栈，以保证函数的第一个参数在栈顶。

下图展示了函数调用时的栈帧结构：

 3. 函数栈帧的销毁过程

当函数执行结束并返回时，栈帧会被销毁。销毁的过程通常如下：

1. 恢复寄存器内容：从栈中恢复被保存的寄存器，以确保返回后系统状态与调用前保持一致。

2. 释放局部变量空间：局部变量的内存会被标记为未使用。实际上，并不会真正删除这些内存，而是允许其他函数复用它们。

3. 跳转到返回地址：使用保存在栈中的返回地址，跳转到调用函数的下一条指令位置，继续执行程序。

通过这种机制，函数可以一次又一次被安全调用，而不影响彼此的运行。

4. 代码示例和分析

以下是一个简单的C++代码示例，用来说明函数栈帧的创建与销毁过程：

#include <iostream>

void foo(int a) {
    int b = a + 5;  // 局部变量 b
    std::cout << "b = " << b << std::endl;
}

int main() {
    int x = 10;
    foo(x);  // 调用函数 foo
    return 0;
}

代码分析

• 调用 foo(x) 时：

  • 栈帧被创建，x 的值（10）被传递给 foo 的参数 a。

  • 为局部变量 b 分配内存，并计算 b = a + 5，也就是 b = 15。

  • 调用 std::cout 打印 b 的值。

• 函数 foo 执行结束后：

  • 栈帧被销毁，局部变量 a 和 b 的内存被释放。

  • 程序跳回到 main 函数继续执行。

 5. 图解函数栈帧的变化

底下用图解展示函数栈帧的变化过程，方便理解。

1  main 函数调用 foo 之前

 2 调用 foo(x) 时

3  foo 函数结束后

在调用 foo 的时候，一个新的栈帧被压入栈中，当 foo 返回时，栈帧被弹出，这样就确保每次函数的局部变量和状态相互隔离，不会相互影响。

 复盘

1. 栈帧是用来管理函数调用的机制，每个函数调用都会创建一个栈帧来保存其状态（局部变量、参数、返回地址等）。

2. 栈是后进先出（LIFO）结构，每次调用函数时都会增加栈帧，返回时会销毁栈帧。

3. 通过栈帧，程序可以实现递归和嵌套调用，并确保函数之间不会相互干扰。

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我很喜欢雷军的一段话：我们就悄悄的干，就算失败了咱也不丢人。