printf 是否消耗 C 中的堆栈帧？答案

【问题标题】：Does printf consume stack frame in C?printf 是否消耗 C 中的堆栈帧？
【发布时间】：2017-11-21 10:27:48
【问题描述】：

假设我们创建了一个用户函数void func()。 func 的堆栈帧是由函数调用分配的，只要它在诸如 main 之类的其他函数中被调用。

和 printf 一样吗？ printf 是否也消耗堆栈帧？

【问题讨论】：

函数调用是函数调用是函数调用......所有函数调用都需要一个堆栈帧（如果这是实现使用的）。无论是您自己的函数、标准 C 函数、操作系统特定函数还是来自第三方库的函数。
C 标准不需要堆栈。并且一些支持堆栈的实现不一定将它用于所有函数调用。
但是对于不同的平台有 C 调用约定，所以这个问题是完全合法的（尽管 OP 应该已经指定了他所要求的平台，可能是 x86_64）
@Ctx 还是太宽泛了，因为优化，printf 的实际实现（可能是宏/包装器等）
我的猜测是我们这里有一个误解：一个由被调用函数分配的堆栈帧（用于局部变量等）和在堆栈上移交的参数被调用函数很接近，但是两个不同的东西。

【解决方案1】：

前提：堆栈帧只是许多 C 实现的一个实现细节（具体来说，它通常在 x86 上使用）；它既不是 C 标准需要的东西（C 标准不知道堆栈的任何事情），也不是所有实现都需要的东西（甚至可能取决于编译器标志/优化器的考虑）。

现在，当然库函数最终只是已经编译到标准库中的常规函数，所以在这方面没有什么特别的：在使用堆栈帧的实现中，每当执行函数调用时，被调用的函数集增加它的堆栈帧（除非它是内联的或者它完全是微不足道的，但这通常不会发生在像 printf 这样的库函数中）。

不过，没什么好担心的——当函数返回时，新的堆栈帧被丢弃，它的堆栈空间再次可用，所以你不必小心不要调用太多的函数。

【讨论】：

NMDV，然而，stack frame 的概念虽然有用，但在 C 规范之外。 stack frame 是一些 C 编译器的实现细节。编译器可以通过其他方式解决此问题。这个答案听起来像 stack frame 是 C 编码的通用属性。
@chux：鉴于问题是关于堆栈帧的，我的回答是关于采用这种概念的实现（就像大多数“正常”实现一样）。
我怀疑这就是为什么人们 DV 没有解释。评论asked 和comment 提供了一个可能的动机，然后我得到了一个带有争议点的回复。 “printf 是否在 C 中消耗堆栈帧？”可以回答“不一定”并提及可能性。 OT：大多数实现都是嵌入式处理器，通常不使用 SF。
@chux：好的，我会补充说明。

【解决方案2】：

函数的堆栈帧由该函数保留；当然，没有其他函数可以知道其他函数的堆栈使用需求。

因此，当您从main() 调用func() 时，func() 中的代码（有时称为“前导码”）将保留该函数所需的堆栈空间。

是的，这适用于所有函数，包括 printf()。

【讨论】：

【解决方案3】：

这里有一个带有main 的小代码，它调用了一个名为func 的简单函数。

我们可以使用gcc main.c -S main.s 编译这个c 代码。 main.s 应为汇编输出。

在程序集中，您可能会看到 CPU 指令：push、pop、leave、enter。这些指令负责栈帧管理。

如果您使用带有其他选项的 gcc 进行编译，您可能会注意到一些堆栈管理差异。

#include <stdio.h>

int func(void);

int func(void)
{
    int i;

    for(i=0;i<100;i++)
        printf("%d",i);

    return i;
}

int main(void)
{
    return func();
}

GCC 编译器汇编输出

        .file   "main.c"
        .section        .rodata
.LC0:
        .string "%d"
        .text
        .globl  func
        .type   func, @function
func:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        pushq   %rbp
        .cfi_def_cfa_offset 16
        .cfi_offset 6, -16
        movq    %rsp, %rbp
        .cfi_def_cfa_register 6
        subq    $16, %rsp
        movl    $0, -4(%rbp)
        jmp     .L2
.L3:
        movl    -4(%rbp), %eax
        movl    %eax, %esi
        movl    $.LC0, %edi
        movl    $0, %eax
        call    printf
        addl    $1, -4(%rbp)
.L2:
        cmpl    $99, -4(%rbp)
        jle     .L3
        movl    -4(%rbp), %eax
        leave
        .cfi_def_cfa 7, 8
        ret
        .cfi_endproc
.LFE0:
        .size   func, .-func
        .globl  main
        .type   main, @function
main:
.LFB1:
        .cfi_startproc
        pushq   %rbp
        .cfi_def_cfa_offset 16
        .cfi_offset 6, -16
        movq    %rsp, %rbp
        .cfi_def_cfa_register 6
        call    func
        popq    %rbp
        .cfi_def_cfa 7, 8
        ret
        .cfi_endproc
.LFE1:
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.3) 4.8.4"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

这里是函数func（objdump main.o -S）的objdump输出。 main.o 获得者：gcc main.c -o main.o

000000000040052d <func>:
  40052d:   55                      push   %rbp
  40052e:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  400531:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
  400535:   c7 45 fc 00 00 00 00    movl   $0x0,-0x4(%rbp)
  40053c:   eb 18                   jmp    400556 <func+0x29>
  40053e:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
  400541:   89 c6                   mov    %eax,%esi
  400543:   bf f4 05 40 00          mov    $0x4005f4,%edi
  400548:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  40054d:   e8 be fe ff ff          callq  400410 <printf@plt>
  400552:   83 45 fc 01             addl   $0x1,-0x4(%rbp)
  400556:   83 7d fc 63             cmpl   $0x63,-0x4(%rbp)
  40055a:   7e e2                   jle    40053e <func+0x11>
  40055c:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
  40055f:   c9                      leaveq 
  400560:   c3                      retq   

0000000000400561 <main>:
  400561:   55                      push   %rbp
  400562:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  400565:   e8 c3 ff ff ff          callq  40052d <func>
  40056a:   5d                      pop    %rbp
  40056b:   c3                      retq   
  40056c:   0f 1f 40 00             nopl   0x0(%rax)

【讨论】：

不应该 movl $.LC0, %edi 是 movabsq $.LC0, %rdi （或 movq $.LC0(%rip), %rdi）考虑到您的指针是 64 位（因为 X86_64）。你能澄清一下你正在编译的目标吗？这与问题完全无关，但让我感到疑惑。
这是 Linux 环境中 X86_64 (Intel I3) CPU 的 gcc 编译器的汇编输出，其中外部（和标准）函数被称为加载动态库。
如果您需要了解函数在何处以及如何使用堆栈，您必须查看与func 函数相关的代码。
我在答案中添加了其他信息。此信息是使用 objdump 获得的。我认为应该更清楚。如果您想了解堆栈的使用（也包括在 printf 函数中），您可以使用以下命令编译程序：gcc -static main.c -o main) and then you have to use objdump -S main` 以生成程序集转储。
您的问题的直接答案是 printf 至少在 X86[_64] Linux/Windows 实现中使用堆栈帧。（我们可以假设这是最广泛的行为）

【解决方案4】：

取决于实施。在所有标准中都没有必要调用尾部函数来消耗堆栈帧，但通常实现确实会消耗一个帧。

说的太对了

func 的堆栈帧是由函数调用分配的在其他一些函数中调用，例如 main ONLY in some implementations

【讨论】：