c - alloca() 在调用者空间中

Question

考虑返回动态或自动数组。与 C 语言并不真正相关。

返回数组的常用技术是:A)被调用者在堆上分配并返回，B)调用者在堆栈上分配并传递给被调用者。

// A
void caller(void) {
    int *a = callee();
    free(a);
}
int *callee(void) {
    int *a = malloc(10 * sizeof(*a));
    return a;
}

// B
void caller(void) {
    int a[10]; callee(a, sizeof(a) / sizeof(a[0]));
}
void callee(int *a, size_t n) {
    //
}

情况 A 可能会导致不必要的分配自由循环，而情况 B 则需要调用者中出现语法垃圾。在 B 中，我们也无法在被调用者中计算 n，因为它是预定义的。我们也无法返回自动存储，因为它会在返回时被销毁(访问它一般是UB)。

但是，如果我们引入新的 return_auto 运算符，该运算符将从被调用者返回，但保持其堆栈帧完整，就好像调用者在自己的堆栈上完成了所有工作一样？

// C
void caller(void) {
    int *a = callee();
}
int *callee() {
    int a[compute_n()];
    return_auto a;
}

我的意思是，调用者可以继承被调用者的堆栈框架，所有问题都会消失。 return_auto 之后它的堆栈帧将如下所示:

[caller frame]
  arguments
  ret-pointer
  locals
    int *a = callee.a

  [callee frame] (defunct)
    arguments
    ret-pointer
    locals
      int a[n] (still alive)
  [end-of-callee-frame]

[end-of-caller-frame]

在机器代码(至少 x86)中，这可以通过跳转到 ss:ebp 处的 ret 指针而不是 mov esp, ebp/ret n 来实现。我们已经在现代 C 中使用了 VLA，这看起来非常相似，但稍微复杂。

当然，应该小心使用，因为一系列 return_auto 会在堆栈上留下相当大的转储，只有当最外面的调用者返回时(通常)才会“收集”这些转储。但堆栈分配非常便宜，理论上，某些算法可以从根本不调用 malloc/free 中受益。从代码结构的角度来看，这也很有趣，而不仅仅是性能。

有谁知道这项技术是在哪里实现/加入堆栈帧的？(这里仅以C为例)

<小时/>

好的，需要一个简单的例子。

void caller(Context *ct) {
    char *s = make_s(ct);
    printf("%s\n", s);
}

void make_s(Context *ct) {
    const char *tag = "?", *name = "*";

    if (ct->use_tag) tag = ct->tag;
    else if (ct->app) tag = ct->app->tag;
    if (ct->app) name = ct->app->name;

    char s[strlen(tag)+strlen(name)+10];
    snprintf(s, len, "%s.object(%s)", name, tag);
    return_auto s;
}

显然，现在我们需要在调用者的主体中分解它(可能通过宏来感受所有警告)或在被调用者中执行 asprintf/malloc 并在调用者中执行 free 。

Answer 1

对于任何重要的场景来说，这似乎都是一个非常糟糕的主意。只需记住堆栈帧包含所有局部变量以及返回地址、保存的基指针等。在您的模型中，调用者需要“继承”整个框架作为其自己框架的一部分。然后考虑一下您可能会将这个返回值传递给其他函数。那么如果这个函数想要返回的不仅仅是一个整数值呢？您很容易会得到 main() 的巨大堆栈框架。任何堆实现都可能更节省空间。