• 2007-03-23

    栈的增长方向

    Tag:向下走

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    如何判断栈的增长方向?

    对于一个用惯了i386系列机器的人来说,这似乎是一个无聊的问题,因为栈就是从高地址向低地址增长。不过,显然这不是这个问题的目的,既然把这个问题拿出来,问的就不只是i386系列的机器,跨硬件平台是这个问题的首先要考虑到的因素。

    在一个物质极大丰富的年代,除非无路可退,否则我们坚决不会使用汇编去解决问题,而对于这种有系统编程味道的问题,C是一个不错的选择。那接下来的问题就是如何用C去解决这个问题。

    C在哪里会用到栈呢?稍微了解一点C的人都会立刻给出答案,没错,函数。我们知道,局部变量都存在于栈之中。似乎这个问题立刻就得到了解答,用一个函数声明两个局部变量,然后比较两个变量的地址,这样就可以得到答案。

    等一下,怎么比较两个变量的地址呢?

    先声明的先入栈,所以,它的第一个变量的地址如果是高的,那就是从上向下增长。“先声明的先入栈”?这个结论从何而来?一般编译器都会这么处理。要是不一般呢?这种看似正确的方法实际上是依赖于编译器的,所以,可移植性受到了挑战。

    那就函数加个参数,比较参数和局部变量的位置,参数肯定先入栈。那为什么不能局部变量先入栈?第一反应是怎么可能,但仔细想来又没有什么不可以。所以,这种方法也依赖于编译器的实现。

    那到底什么才不依赖于编译器呢?

    不妨回想一下,函数如何调用。执行一个函数时,这个函数的相关信息都会出现栈之中,比如参数、返回地址和局部变量。当它调用另一个函数时,在它栈信息保持不变的情况下,会把它调用那个函数的信息放到栈中。

    似乎发现了什么,没错,两个函数的相关信息位置是固定的,肯定是先调用的函数其信息先入栈,后调用的函数其信息后入栈。那接下来,问题的答案就浮出了水面。

    比如,设计两个函数,一个作为调用方,另一个作为被调用方。被调用方以一个地址(也就是指针)作为自己的入口参数,调用方传入的地址是自己的一个局部变量的地址,然后,被调用方比较这个地址和自己的一个局部变量地址,由此确定栈的增长方向。

    给出了一个解决方案之后,我们再回过头来看看为什么之前的做法问题出在哪。为什么一个函数解决不了这个问题。前面这个大概解释了函数调用的过程,我们提到,函数的相关信息会一起送入栈,这些信息就包括了参数、返回地址和局部变量等等,在计算机的术语里,有个说法叫栈帧,指的就是这些与一次函数调用相关的东西,而在一个栈帧内的这些东西其相对顺序是由编译器决定的,所以,仅仅在一个栈帧内做比较,都会有对编译器的依赖。就这个问题而言,参数和局部变量,甚至包括返回地址,都是相同的,因为它们在同一个栈帧内,它们之间的比较是不能解决这个问题的,而它们就是一个函数的所有相关信息,所以,一个函数很难解决这个问题。

    好了,既然有了这个了解,显然可以扩展一下前面的解决方案,可以两个栈帧内任意的东西进行比较,比如,各自的入口参数,都可以确定栈的增长方向。

    狂想一下,会不会有编译器每次专门留下些什么,等下一个函数的栈帧入栈之后,在把这个留下的东西入栈呢?这倒是个破坏的好方法。如果哪位知道有这么神奇的编译器,不妨告诉我。我们可以把它的作者拉过来打一顿,想折磨死谁啊!

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    历史上的今天:

    故地重游 2010-03-23
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    评论

  • 因为在一个进程的stack内,后调用的函数的stack frame肯定更“靠近”stack top,所以把stack frame作为整体来考虑这个问题。很赞的思路。

    但,就一个函数来说,它的auto variables比它的arguments先被push进stack,实际中有哪个compiler是这么做的吗?