函数栈详解以及堆区与栈区的区别

在讲解函数栈之前，先看下内存空间布局：（关于内存布局更多介绍：http://blog.youkuaiyun.com/caigen1988/article/details/7737153）

用上面布局来看，栈空间在使用的时候应该是从高地址到底地址扩充。堆空间在使用的时候是从地地址到高地址扩充。

栈用来传递参数，存储返回地址信息，保存寄存器等。 为单个函数（过程）分配的那部分栈称为栈帧。每个函数的每次调用，都有它自己独立的一个栈帧。每个栈帧的区域用两个指针界定，寄存器ebp为帧指针（高地址部分），寄存器esp为栈指针（底地址部分）。

1. 栈的入栈和出栈操作：

入栈操作:push eax; 等价于 esp=esp-4,eax->[esp];如下图

出栈操作：pop eax; 等价于 [esp]->eax,esp=esp+4;如下图

2. 栈过程举例：

void func(int m, int n) 

{

     int a, b;

     a = m;

     b = n;

}

main()

 {

...

   func(m, n);

   L:下一条语句

...
} 

在main调用func函数前，栈的情况，也就是说main的栈帧：

从低地址esp到高地址ebp的这块区域，就是当前main函数的栈帧。当main中调用func时，写成汇编大致是：

push m

push n; 两个参数压入栈

call func; 调用func，将返回地址填入栈，并跳转到func  （注：返回地址是程序从func返回时，应该继续执行的地方）

当跳转到了func，来看看func的汇编大致的样子：

__func:

        push ebp;      这个很重要，因为现在到了一个新的函数，也就是说要有自己的栈帧了，那么，必须把上面的函数main的栈帧底部保存起来，栈顶是不用保存的，因为上一个栈帧的顶部讲会是func的栈帧底部（两栈帧相邻的）

        mov ebp, esp; 上一栈帧的顶部，就是这个栈帧的底部   ;

暂时先看现在的栈的情况

                 ;到这里，新的栈帧开始了

                 sub esp, 8   ;  int a, b 这里声明了两个int，所以esp减小8个字节来为a,b分配空间

                 mov dword ptr [esp+4], [ebp+12];   a=m

                 mov dword ptr [esp], [ebp+8]; b=n         

   这样，栈的情况变为：

                 ret 8     ;  返回，然后8是什么意思呢，就是参数占用的字节数，当返回后，esp-8，释放参数m,n的空间

 

             由此可见，通过ebp，能够很容易定位到上面的参数。当从func函数返回时，首先esp移动到栈帧底部（即释放局部变量），然后把上一个函数的栈帧底部指针弹出到ebp,再弹出返回地址到cs:ip上，esp继续移动划过参数，这样，ebp,esp就回到了调用函数前的状态，即现在恢复了原来的main的栈帧。

堆区栈区别：

1. 碎片问题：对于堆来讲，频繁的new/delete势必会造成内存空间的不连续，从而造成大量的碎片，使程序效率降低。对于栈来讲，则不会存在这个问题，因为栈是先进后出的队列，他们是如此的一一对应，以至于永远都不可能有一个内存块从栈中间弹出，在他弹出之前，在他上面的后进的栈内容已经被弹出。
2.生长方向：对于堆来讲，生长方向是向上的，也就是向着内存地址增加的方向；对于栈来讲，它的生长方向是向下的，是向着内存地址减小的方向增长。
3.分配方式：堆都是动态分配的，没有静态分配的堆。栈有2种分配方式：静态分配和动态分配。静态分配是编译器完成的，比如局部变量的分配。动态分配由alloca函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，他的动态分配是由编译器进行释放，无需我们手工实现。
 4.分配效率：栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

参考：http://blog.youkuaiyun.com/yxysdcl/article/details/5569351