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标题: 函数调用栈空间变化简析-变量作用域原理及传递指针的好处 [打印本页]

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作者: xiniuniu    时间: 2015-4-10 15:35
标题: 函数调用栈空间变化简析-变量作用域原理及传递指针的好处

1. #include <stdio.h>
   
2. 
   
3. int fun2(int x, int y, int z)
   
4. {
   
5.     int i = x + y;
   
6.     int j = y + z;
   
7.     int k = i + j;
   
8.     return k;
   
9. }
   
10. 
    
11. int fun1(int a, int b)
    
12. {
    
13.     int c = a + b;
    
14.     int d = 0;
    
15.     d = fun2(a, b, c);
    
16.     return d;
    
17. }
    
18. 
    
19. int main()
    
20. {
    
21.     int num1 = 10;
    
22.     int num2 = 20;
    
23. 
    
24.     fun1(num1, num2);
    
25.     return 0;
    
26. }

复制代码

以上边代码为例，main函数调用了fun1函数， 而fun1函数又调用了fun2函数。在调用过程中栈空间的变化如下


在fun1调用前 目前是main函数的栈空间num1变量已经赋值为10， num2变量赋值为20；
ESP 是栈指针寄存器这个寄存器中存储着栈顶的地址。 EBP中存储着栈底的地址。 函数栈空间主要是由这两个寄存器来确定


main函数调用fun1函数时，第1 步操作就是把传入的参数压入到栈中。 c语言使用的是_cdecl调用方式，参数从右向左依次压入栈中
所以实参num2的数值被复制到了形参b所在的内存中


接着又将实参num1的数值复制到了形参a所在的内存中。ESP的数值也随着不断减小以指向栈顶


调用函数结束后都会返回到代码所调用行的下一行继续执行。那么他是怎样知道返回后要继续执行哪块地址上的命令呢。参数压入栈空间后，接下来的工作就是保存被调用函数返回后要执行指令的地址。也就是保存到当前ESP所指向的栈空间中






再接下来，保存当前函数的栈底到ESP所指向内存中去。


提升栈底，此时 ESP 和EBP都指向相同地址

1. int fun1(int a, int b)
   
2. {
   
3.     int c = a + b;
   
4.     int d = 0;
   
5.     d = fun2(a, b, c);
   
6.     return d;
   
7. }

复制代码

ESP减8， 我们已经为fun1的两个形参分配完了内存空间。通过代码我们看到，fun1中有两个局部变量c和d 。所以ESP减8的目的就是为我们的局部变量分配空间


而在fun1函数中我们又调用了fun2函数，fun2函数的调用过程与fun1类似






在fun2函数中，k运算得80； 函数返回语句 return k；我们要返回k的值，可是当我们退出函数后，显然fun2的栈空间已经不再有效，那么他是怎么把这个80传递到fun1中去的呢
计算机中存储数据的不仅仅有内存。CPU中也有若干用来存储数据的空间，称之为寄存器。所以在函数退出之前都会把结果保存到这些寄存器当中。32位CPU的通用寄存自然最多也只有32位了，64位CPU的通用寄存器最多也只有64位。所以函数参数传递通常为基本数据类型或指针。因为这些数据的宽度都没有超过寄存器的最大位宽。当我们向函数中传递一个结构体或类时，这个过程是一个数据复制的过程，如果结构体或类成员较多，复制过程肯定会消耗更多的空间和时间。当返回一个结构体或类对象时，同样会产生数据复制的过程。所以编程中通常是不会这样做的，而只需要传递一个结构体指针或类对象地址。只需要简单传递32位或64位的地址，一切问题都可以得到解决。提高程序运行效率，节省空间。这也是指针之所以强大高效的原因之一。
函数调用栈空间变化 我们已经基本了解了，接下来再看下，函数退出时栈的变化






ESP-C 此时ESP和EBP指向相同地址，当前地址内存中存放的是前一个函数的EBP地址


恢复原来EBP的数值






恢复EIP的值为00401232 也就是告诉CPU回到调用fun2函数之前的函数中继续执行下一行代码


彻底恢复到fun1的栈空间。 fun2的栈空间不再有效。 函数退出后原来使用的数值计算机并没有做多余的回收工作。just leave it alone.
所以你不应该返回一个函数局部变量的指针。当退出函数后这部分空间是不可控制的。因为在后边的代码很 可能又调用了其它函数，重新使用了fun2所使用过的栈空间。这时你用指针操作这块空间得到的是一个未知的数值。这个数值是不确定的。也就行成了野指针。还有局部变量的作用域也是由于这个原因。局部变量和参数只在当前函数内有效。退出后就无法也不应该再继续使用。




还记得 大明湖畔的 return k吗？  d = fun2(a, b, c);  相当于  d = k;  
这个时候不再是把k的值复制给d了，fun2函数已经退出，同样他的栈空间不再有效。在 fun2退出时k的值是复制到了寄存器eax中的，所以这时的d的数值是从寄存器eax中取得的。

接下来fun1运行完成退出过程类似fun2

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作者: yafengxn    时间: 2015-4-10 16:06
好贴，学习了

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