【数据结构 之压栈,形参和局部变量入栈之前会发生什么?】三种解释回答 包含操作系统版

发布于:2024-07-04 ⋅ 阅读:(40) ⋅ 点赞:(0)

有三种解释,前两种是针对程序代码而言的,基本类似,第三种结合了操作系统原理,大家各取所需。

解释一:

在计算机程序执行中,压栈、形参和局部变量的存储过程通常发生在函数调用的时候。在函数被调用时,会发生以下步骤:

  1. 参数传递:

    • 函数调用时,形参(形式参数)被压入栈中。这些是函数定义时声明但没有直接赋值的变量,它们的值来源于实参(实际传递的参数)。
  2. 局部变量分配:

    • 紧随形参之后,函数内部的局部变量也被分配内存空间。这些变量只在函数范围内有效,生命周期随着函数调用开始而开始,函数返回时结束。
  3. 函数调用帧创建:

    • 创建一个新的栈帧(也称为执行上下文或帧),用于保存当前函数的所有局部变量、返回地址以及可能的动态链接信息(如函数指针等)。
  4. 函数执行:

    • 当函数执行时,它会访问自己的局部变量和形参,这些都在栈帧中。压栈操作实际上是将数据放入栈的顶部。
  5. 函数返回:

    • 当函数执行完毕,会从栈帧中弹出返回地址,并可能释放局部变量占用的空间。如果函数是通过调用另一个函数间接调用的,还会逐步回退到调用者函数的栈帧。

解释二

在C++或类似的编程语言中,压栈、形参(函数参数)和局部变量入栈之前,会发生一系列的操作和准备工作。这些步骤确保了函数调用的正确性和局部变量的安全性。以下是压栈、形参和局部变量入栈之前可能发生的主要事件:

函数调用指令:

在函数调用点,会发出一个调用指令(如call指令),该指令将控制权转移到被调用函数的入口点。

保存返回地址:

在调用指令执行前,当前 函数的返回地址(即函数执行完毕后应该跳转到的下一条指令的地址) 会被压入栈中。这确保了函数执行完毕后能够返回到正确的位置继续执行。

参数压栈:

在调用函数时,会将其参数按照特定的顺序(如从右至左,对于C/C++)压入栈中。这是为了在被调用函数内部能够访问这些参数。

保存寄存器值:

在一些体系结构中,函数调用时需要保存一些寄存器的值,以便在函数执行完毕后能够恢复原始的寄存器状态。这些寄存器值也可能被压入栈中,或者存储在特定的内存区域中。

帧指针与局部变量压栈:

为了支持函数内的局部变量和堆栈的动态分配,通常会在栈上维护一个帧指针(frame pointer),它指向当前函数的栈帧(stack frame)的底部。函数内部定义的局部变量也会在栈上分配空间,这通常是在帧指针之后进行。

栈帧创建:

每个函数调用都会创建一个新的栈帧,用于存储函数的局部变量、参数和其他相关信息。栈帧的创建由编译器自动管理,确保函数调用的正确性和局部变量的安全性。

准备函数体执行:

一旦函数的参数、局部变量和其他上下文信息都被压入栈中,函数体中的代码就可以开始执行了。

其他准备工作:

根据具体的编程语言和编译器实现,可能还有其他准备工作需要完成,例如动态内存分配、异常处理机制的设置等。

综上所述,压栈、形参和局部变量入栈之前主要涉及到函数调用指令的发出、返回地址的保存、参数的压栈、寄存器值的保存、帧指针与局部变量的压栈、栈帧的创建以及函数体执行的准备等步骤。这些步骤共同构成了函数调用和局部变量管理的核心机制。

解释三(感觉需要结合操作系统来讲,所以出现了三)

函数的形参和局部变量入栈之前,会有一个程序计数器来记录此时进程的上下文。

程序计数器在计算机体系结构中扮演着重要的角色,尤其是在控制指令执行流程和实现函数调用时。

以下是程序计数器在函数调用和局部变量入栈过程中的具体作用:

  1. 控制指令执行流程:程序计数器记录着下一条要执行的指令的地址。当CPU执行完当前指令后,就会从程序计数器中读取下一条指令的地址,然后跳转到该地址继续执行。
  2. 函数调用时的上下文保存:当程序执行到一个函数的调用语句时,会将当前程序计数器的值保存到栈中,这个值通常被称为返回地址。保存返回地址是为了在函数执行完毕后能够返回到正确的位置继续执行。此时,程序计数器的值会被更新为被调用函数的入口地址,CPU就会跳转到该地址继续执行。
  3. 多线程编程中的上下文切换:在多线程编程中,每个线程都有自己的程序计数器。当线程被切换时,程序计数器的值也会被保存到线程的上下文中。当线程再次被调度执行时,程序计数器的值会被还原,CPU会从该值指向的地址开始执行,从而实现了线程的切换和并发执行。

具体到函数的形参和局部变量入栈之前,程序计数器的操作如下:

  1. 当程序准备调用一个函数时,程序计数器的当前值(即下一条要执行的指令的地址)会被保存到栈中作为返回地址。
  2. 然后,程序计数器的值会被更新为被调用函数的入口地址,CPU跳转到该地址开始执行函数体。
  3. 在函数体内,形参和局部变量会根据需要被压入栈中。由于此时程序计数器已经指向了函数体的入口地址,因此这些操作都是在函数体的上下文中进行的。

总结来说,程序计数器在函数调用和局部变量入栈过程中起着关键的作用,它确保了指令的正确执行流程,实现了函数调用的上下文保存和恢复,以及多线程编程中的上下文切换。


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