c - C在调用函数激活记录时究竟将其实际使用多少堆栈空间？

Question

环境：Windows10上的gcc版本6.3.0（MinGW.org gcc-6.3.0-1）
我在命令行编译并运行代码。
这是我的代码：

#include <stdio.h>  
int func(void){
    int c;
    printf("stack top in func \t%p\n", &c);
    return 1;
}
void main(void)  { 
    int arr[0];
    int i;  
    printf("stack top before func \t%p\n", &i);
    i = func();
    int j;
    printf("stack top after func \t%p\n", &j);
    return;  
}

结果如下：

stack top before func   0061FF2C
stack top in func       0061FEFC
stack top after func    0061FF28

函数内堆栈顶部与函数外堆栈顶部之间的间隙大小为48字节。
然后我将arr的大小改为1，结果是：

stack top before func   0061FF28
stack top in func       0061FEFC
stack top after func    0061FF24

间隙刚刚缩小，堆栈顶部在函数中保持不变。间隙大小现在是44字节。
当“arr”的大小为3时，它停止收缩。
新的间隔大小是52字节。
这是一种记忆管理策略吗？
当它选择使用52个字节时可以使用44个字节，并且在编译时可以知道函数调用之前变量的大小，这有什么好处？

Answer 1

我认为您对堆栈和编译器的工作方式做出了一些毫无根据的假设。即：
变量是在你声明它们的时候分配的，
最后一个变量占据了堆栈的顶部，
变量只占用他们需要的空间，
这有一个明确而确定的答案。
以下是在C、gcc、x86平台中调用函数时的大致情况，无需优化：
参数（如果有）存储在寄存器和/或堆栈中。32位和64位、整数/指针、浮点数和不同大小的结构、参数数、vararg等的详细信息是不同的。
执行call指令，将返回地址推送到堆栈上（我认为，由于不同的原因，32位和64位都占用了8个字节），并将处理器重定向到新地址。
堆栈指针在按下原始值BP（4或8字节）后保存在BP寄存器中。
堆栈指针递减的字节数足以容纳所有局部变量。
一回来，
BP寄存器的值覆盖堆栈指针，自动否定步骤4。然后弹出BP的原始值。
执行ret指令，弹出返回地址并跳到那里。
应当指出，这绝不是普遍的，也不能保证。”“简单”功能可以优化为跳过步骤3、4和5。步骤4原则上可以多次发生。可以对堆栈指针执行额外的魔法，比如将它对齐到两个边界的特定功率（如SSE指令操作数的128倍），分配一个称为红色区域的函数，比如cc函数等等。许多例外和特殊情况都存在。更多细节将取决于gcc命令行参数，或每个发行版的内置默认值。其他编译器可能遵循稍有不同但兼容的约定。但我们还是坚持这个模式。
重要的是要注意的是，在步骤4中，所有的局部变量通常都被分配到一起，所取的大小可能是所需的总大小或更多。例如，根据惯例，编译器可以确保堆栈指针在任何一点都是16的倍数（这样函数本身就可以依赖于此），在这种情况下，它会舍入到最接近的倍数（也与步骤1到步骤3中所做的有关）。在该区域内，为局部变量分配地址（与BP或SP的偏移量），以满足其大小和对齐要求。
您的示例，特别是alloca中的代码，无法工作，因为编译器不会按照您的意愿分配main的空间，只有在从j返回之后。它与函数开头的f和arr一起发生，变量的顺序是未指定的，很可能是为了将它们最好地“打包”到可用的空间中，而int在32位或64位边界处获取地址。即使这样，如果把i的地址作为“stack top after func”，计算也会出错：最多只能是“stack top after func and allocation”。通常，“stack top after func”必须与C调用约定中的“stack top before func”相同。
为了更具体地了解你的职能，我建议：
编译后学习汇编。j上的工具非常适合这个：here's your code由x86-64中的gcc 8.2编译，如图所示。
堆栈指针应该减少16（第6行）加8（RBP@line 4的大小）加上第28行存储返回地址所需的godbolt.com，8为64位模式。
使用调试器：

(gdb) b 11
(gdb) b 4
(gdb) run
Starting program: [redacted]
stack top before func   0x7fffffffd2dc

Breakpoint 1, main () at a.c:11
11      i = func();
(gdb) print $rsp
$1 = (void *) 0x7fffffffd2d0
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 2, func () at a.c:4
4       printf("stack top in func \t%p\n", &c);
(gdb) print $rsp
$2 = (void *) 0x7fffffffd2b0

这里可以看到 call减少了0x20==32。