c - C堆栈变量是否反向存储？

Question

我想了解 C 如何在堆栈上分配内存。我一直认为堆栈上的变量可以描述为结构成员变量，它们在堆栈中占据连续的、连续的字节 block 。为了帮助说明我在某处发现的这个问题，我创建了这个重现该现象的小程序。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

void function(int  *i) {
    int *_prev_int =  (int *) ((long unsigned int) i -  sizeof(int))  ;
    printf("%d\n", *_prev_int );    
}

void main(void) 
{
    int x = 152;
    int y = 234;
    function(&y);
}

看到我在做什么了吗？假设 sizeof(int) 是 4:我正在寻找传递的指针后面的 4 个字节，因为它会读取 调用者的 int y 之前的 4 个字节 堆栈。

它没有打印出 152。奇怪的是，当我查看接下来的 4 个字节时:

int *_prev_int =  (int *) ((long unsigned int) i +  sizeof(int))  ;

现在它可以工作了，在调用者的堆栈中打印 x 中的任何内容。为什么 x 的地址比 y 低？堆栈变量是否颠倒存储？

Answer 1

堆栈组织完全未指定并且特定于实现。实际上，它在很大程度上取决于编译器(甚至是其版本)和优化标志。

有些变量甚至不在堆栈上(例如，因为它们只是保存在某些寄存器中，或者因为编译器优化了它们 - 例如通过内联、常量折叠等)。

顺便说一句，您可以有一些不使用任何堆栈的假设 C 实现(即使我不能说出这样的实现)。

要了解有关堆栈的更多信息:

• 阅读 call stacks 上的维基页面, tail calls , threads , 和 continuations

• 熟悉您计算机的 architecture & instruction set (例如 x86 )和 ABI ，那么……

• 要求您的编译器显示汇编代码和/或一些中间编译器表示。如果使用 GCC ，用gcc -S -fverbose-asm编译一些简单的代码(编译foo.c时获取汇编代码foo.s)并尝试几个优化级别(至少 -O0、-O1、-O2 ....)。也可以尝试 -fdump-tree-all 选项(它转储数百个文件，显示源代码编译器的一些内部表示)。请注意，GCC 还提供了 return address builtins

• 阅读 Appel 关于 garbage collection can be faster than stack allocation 的旧论文，并了解garbage collection技术(因为他们经常需要检查并可能更改调用堆栈帧中的一些指针)。要了解有关 GC 的更多信息，请阅读 GC handbook .

遗憾的是，我不知道可以在语言级别访问调用堆栈的低级语言(如 C、D、Rust、C++、Go 等)。这就是为什么为 C 编写垃圾收集器很困难(因为 GC-s 需要扫描调用堆栈指针)...但是请参阅 Boehm's conservative GC一个非常实用和务实的解决方案。