c语言的堆栈

本文详细解析了一个包含三个函数(h、f、main)的C++程序,展示了函数调用过程中的栈操作,包括参数传递、局部变量初始化、返回值处理等关键步骤。通过汇编代码的展示,读者可以深入了解C++中函数调用时的内存栈变化,对于理解底层内存管理和函数执行机制有重要帮助。


int h(int x1, int x2)

{
        int h1 = 1;
        int h2 = x1+x2;
        return h2;
}


void f()
{
        int f1 = 1;
        int f2=f1+1;
        h(1, 2);
}


int main()
{
        int m = 5;
        f();
        return 0;
}

(gdb) disassemble h
Dump of assembler code for function h(int, int):
   0x08048404 <+0>:     push   %ebp                       #保存上层栈的ebp
   0x08048405 <+1>:     mov    %esp,%ebp            #上层栈的esp+8,eip和刚刚保存的ebp
   0x08048407 <+3>:     sub    $0x10,%esp            #本层栈的增长,想下增长,就是减了
   0x0804840a <+6>:     movl   $0x1,-0x8(%ebp)   #h1=1
   0x08048411 <+13>:    mov    0xc(%ebp),%eax  #x2, eax寄存器是不会压栈的,总是这个函数里给eax赋初始值后才使用.
   0x08048414 <+16>:    add    0x8(%ebp),%eax   #x1+x2      
   0x08048417 <+19>:    mov    %eax,-0x4(%ebp) #得到h2
   0x0804841a <+22>:    mov    -0x4(%ebp),%eax 
   0x0804841d <+25>:    leave  
   0x0804841e <+26>:    ret    
End of assembler dump.

(gdb) disassemble f
Dump of assembler code for function f():
   0x08048420 <+0>:     push   %ebp
   0x08048421 <+1>:     mov    %esp,%ebp
   0x08048423 <+3>:     sub    $0x18,%esp
   0x08048426 <+6>:     movl   $0x1,-0x8(%ebp)
   0x0804842d <+13>:    mov    -0x8(%ebp),%eax
   0x08048430 <+16>:    add    $0x1,%eax
   0x08048433 <+19>:    mov    %eax,-0x4(%ebp)
   0x08048436 <+22>:    movl   $0x2,0x4(%esp)
   0x0804843e <+30>:    movl   $0x1,(%esp)
   0x08048445 <+37>:    call   0x8048404 <h(int, int)>
   0x0804844a <+42>:    leave  
   0x0804844b <+43>:    ret    
End of assembler dump.

(gdb) disassemble main

Dump of assembler code for function main():
   0x0804844c <+0>:     lea    0x4(%esp),%ecx
   0x08048450 <+4>:     and    $0xfffffff0,%esp
   0x08048453 <+7>:     pushl  -0x4(%ecx)
   0x08048456 <+10>:    push   %ebp
   0x08048457 <+11>:    mov    %esp,%ebp
   0x08048459 <+13>:    push   %ecx
   0x0804845a <+14>:    sub    $0x10,%esp
   0x0804845d <+17>:    movl   $0x5,-0x8(%ebp)
   0x08048464 <+24>:    call   0x8048420 <f()>
   0x08048469 <+29>:    mov    $0x0,%eax
   0x0804846e <+34>:    add    $0x10,%esp
   0x08048471 <+37>:    pop    %ecx
   0x08048472 <+38>:    pop    %ebp
   0x08048473 <+39>:    lea    -0x4(%ecx),%esp
   0x08048476 <+42>:    ret    
End of assembler dump.

Linux汇编指令格式见http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-assembly/

LEAVE指令

相当于以下两条指令:

movl %ebp,%esp

popl %ebp

CALL指令:

调用一个函数,push %EIP

RET指令:

返回函数,pop %EIP

调用的参数保存在调用者的栈上,本层的ebp指向的地址内容依次是 上层的ebp, 上层的下个指令EIP, 本函数参数n,参数n-1,参数1..., 调用者的零时变量(先定义的地址大,后定义的接近栈顶)
用本层栈的ebp-4是保存的上层栈的下一次执行的指令地址.
本层的esp减去main函数的ebp就可以得到调用的栈空间



### C语言堆栈的概念 在C语言编程环境中,堆栈作为一种重要的数据结构,在函数调用、局部变量存储等方面扮演着不可或缺的角色。它遵循后进先出(LIFO, Last In First Out)的原则[^2]。 #### 堆栈的工作机制 当程序执行过程中遇到函数调用时,会创建一个新的帧(Frame),该帧包含了返回地址以及被调用函数所需的参数和局部变量等信息,并将其压入当前线程的运行时栈顶部;而在函数结束之后,则通过弹出此帧的方式恢复先前的状态并继续向下一层级执行流程前进。这一过程涉及到一系列复杂的操作,包括但不限于保存现场环境、调整基址指针(Base Pointer)指向新建立起来的空间位置等等[^1]。 对于表达式的求值而言,同样依赖于类似的逻辑——即每当遇见左括号或者运算符优先级较低的情况之下便开启新的子计算单元(相当于临时性的“迷你版”的函数体),直至整个解析完毕为止。这期间所涉及的所有中间结果都会暂存在这里等待后续处理或传递给其他部分作为输入项参与更广泛的算术/布尔表达式构建活动之中。 #### 动态分配与释放 除了静态地预先设定好大小之外,还可以借助`alloca()`这样的内置库函数来进行更为灵活多变的选择—不过需要注意的是后者并不适用于所有平台之上,因为其内部实现细节高度依赖具体硬件特性及操作系统层面的支持情况;相比之下采用C99标准里新增加进来支持的VLA(variable-length arrays)则显得更加通用可靠些[^3]。 ```c // 示例:使用 VLA 替代 alloca() void example_function(int n){ int array[n]; // 变长数组 (Variable Length Array) } ``` #### 接口设计实例 为了便于管理和维护,通常还会封装一组API接口供外部调用来完成诸如查询状态(`is_empty`)、添加元素(`push`)、移除顶端节点(`pop`)等功能需求: ```c #include "stack.h" typedef struct STACK_NODE { STACK_TYPE data; struct STACK_NODE *next; } StackNode; int main(){ push(10); printf("%d\n",get_top()); pop(); if(is_empty()){ puts("The stack is empty."); } return 0; } ``` 上述代码片段展示了如何基于链表形式去构造一个简单的顺序容器类对象模型,其中每个结点都含有两个成员字段分别表示实际承载的内容以及链接下一个相邻实体的位置指示器(next pointer)[^4]。
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