C語言使用函數調用,我們再熟悉不過了,但是函數調用在內存中究竟發生了什么真的清楚嗎?只有搞清楚內存里的內幕,才算完全搞懂函數的調用。
這里涉及一個知識點:棧。不管是函數執行還是函數調用,一定要開辟一段內存空間,這塊空間就是棧。
棧是一種“后進先出(FILO)”的邏輯結構,比如一堆碗,最先洗完的碗放在最下面,最后洗完的在最上面,吃飯的時候從最上面開始拿。
最上面的碗我們稱之為棧頂,最底下的碗我們稱之為棧底,在內存中棧頂是低地址,棧底是高地址。
這里我們可以發現,根據碗的堆疊順序知道棧是從高地址往低地址分配內存的,與其它的內存地址從低到高分配內存有所不同。
棧內存的大小由函數定義的局部變量的具體情況而定,另外,一個程序里的所有函數的棧內存在邏輯上是連在一起的,比如a函數分配了一段棧內存,此時a函數又調用了b函數,那么b函數的棧內存會接著在a函數棧內存之后去分配,依次類推。
廢話不多說,來看一張函數調用的圖:
main函數運行時,系統會為main函數分配一個棧幀,用來存放main函數中定義的局部變量(還有其他數據,此處略過不計)。
總結幾點比較重要的:
一、棧在函數調用中起著非常重要的作用:
向被調用函數傳遞參數,參數從右往左依次push到棧中;
保存函數的非靜態局部變量;
返回函數的返回值
保存上下文的環境,保留之前的數據,比如:返回地址、寄存器的值等,這些值會被存到棧中。
二、每個函數的棧幀都是獨立存在的,里面的局部變量也是相對獨立的,當執行調用fun1函數時,系統又會馬上給fun1函數分配一個棧幀,其中main里面的x、y和fun1里面的a、b,它們各自在不同的內存空間。
注意,執行fun1函數的時候,main函數并沒有退出,它的棧幀也沒有消失,fun1函數的棧幀是堆疊在main函數的棧幀下面的,如果fun1函數還調用了其它函數,那么棧內存就繼續向下增長。
三、棧內存它是臨時性的,相應函數的退出(比如fun1函數執行完return返回c 之后),棧幀就會被釋放,也就是這塊棧空間被釋放(系統回收),然后隨著逐個函數的退出,棧空間也逐個從下往上退出。
四、一個程序的棧是由若干段函數的棧幀組成的,棧幀的長度取決于對應函數的局部變量的個數和類型,因此,在開發的時候,我們應盡量不要定義太大、太多的局部變量,占用內存太大的數據考慮使用堆內存。
最后,如果搞懂了函數調用背后的原理(當然其實還有很多細節),遇到問題的時候才能做到從容不迫。
審核編輯:劉清
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原文標題:你真的知道C語言函數調用的內幕嗎?
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