函数返回时堆栈会发生什么？ [复制]答案

【问题标题】：What happens to a function's stack when it returns? [duplicate]函数返回时堆栈会发生什么？ [复制]
【发布时间】：2013-04-18 06:35:15
【问题描述】：

#include <stdio.h>

void function()
{
    int stackVar = 10;
    printf("Stack variable = %d\n", stackVar);
}

int main(void)
{
    function();
    return 0;
}

function 返回时的栈帧会发生什么？

【问题讨论】：

1) 您将指针 *x 初始化为从“function()”返回。 2) 你从未初始化过 *x* *points to*. So printf ("%d", *x)` 正在打印未初始化的数据。
@paulsm4 OP 似乎知道他在做什么。此外，该函数返回一个指向堆栈变量的指针，因此 int* x 在技术上已初始化。
@AnishRam 您的问题中没有提到堆栈帧或特定系统。不是所有的计算机都有堆栈帧，有些计算机没有严格的对齐要求，只是根据需要分配尽可能多的堆栈空间。此外，会发生什么完全取决于系统特定的调用约定。并且局部变量也可以分配在CPU寄存器中，您无法知道。没关系，这是一个常见问题解答。只要接受，如果在其生命周期之外访问，您可以获得变量中的任何随机值（包括正确的结果）。
我只记得this classic post的话题。
@AnishRam 好的。我想您想了解调用堆栈的一般工作原理。那确实是一个不同的问题。但是还有一个问题是你给出了特定的 C 代码，不幸的是它具有未定义的行为，这会将可能的答案拉向不同的方向。无论如何..如果您的问题被关闭并且您认为它不应该关闭，您可以对其进行编辑以使其更具体并向我发送另一条评论；如果看起来合理，我准备投票重新开放。很抱歉给您带来不便。

标签： c stack

【解决方案1】：

这是 未定义 行为（相对于实现定义或未指定）。这意味着程序可以随意行为不端，或者不以任何方式取悦。

这在6.2.4 对象的存储持续时间中有详细说明：

1 对象具有决定其生命周期的存储持续时间。共有三个存储持续时间：静态、自动和分配。 7.20.3 中描述了分配的存储空间。

2 对象的生命周期是程序执行的一部分，在此期间存储是保证为它保留。一个对象存在，有一个常量地址，并且保留其在其整个生命周期中的最后存储价值。 如果一个对象在其外部引用生命周期，行为是未定义的。指针的值变得不确定它指向的对象到达其生命周期的终点。

3 一个对象，其标识符用外部或内部链接声明，或者用 storage-class 说明符 static 具有静态存储持续时间。它的生命周期是整个程序的执行及其存储的值仅在程序之前初始化一次启动。

4 一个对象，其标识符被声明为没有链接且没有存储类指定的静态具有自动存储期限。

5 对于这样一个没有变长数组类型的对象，它的生命周期会延长从进入与其关联的块直到该块的执行结束任何方式。（进入封闭块或调用函数会暂停，但不会结束，执行当前块。）如果块是递归进入的，则该块的新实例每次都会创建对象。对象的初始值是不确定的。如果初始化是为对象指定的，每次声明时都会执行在执行块时达到；否则，每个值都变得不确定到达声明的时间。

【讨论】：

您能提供一些引用吗？其实我已经找了好久了。
对故意制造的错误的“引用”？！？
@AnishRam：我已经添加了相关的引号。
@paulsm4，我的意思是对这种未定义行为的引用:)
请注意，这是从 C99 标准中引用的。 C90 和 C11 的文字不同，但意思相同。

【解决方案2】：

首先，您已经大幅修改了问题，因此其他答案（有点不公平）不再相关。不过，要回答当前的问题：

函数返回时的栈帧会发生什么？

在我看来，您对堆栈的运行方式缺乏总体感觉。所以 - 在这里有点疯狂 - 但会尝试一个可能使它“点击”的类比。您可以将堆栈帧想象成海滩上的波浪。嵌套的函数调用越深，这些函数在参数和局部变量中的数据越多，使用的内存就越多。这就像海浪到达海滩更远的地方。随着作用域的退出，内存被有效地释放——忘记了该内存的用途。海浪也会退去。尽管如此，在程序的整个生命周期中，随着不同的函数序列进入和退出，相同的内存（海滩的水平）被重复使用（在水下）和被遗忘（而不是在水下）。距离海滩最远的部分往往被覆盖的频率最低且持续时间短，而有些则一直待在水下，直到退潮的最弱点......类似的事情，比如没有尾递归优化的递归函数可能会使用大量内存简单地说，但是直接在main() 中创建的堆栈变量会一直保留在那里直到程序终止。

【讨论】：

是的，我知道。我向回答者道歉。那么这是否意味着在输入函数时分配堆栈帧？那么所有这些push 指令都会进行分配吗？所以这个内存使用类似于malloc 和free 因为free 只是将内存标记为空闲（以便以后可以覆盖）？（
@AnishRam：对所有这些都是肯定的。该实现有一个称为“堆栈指针”的东西，它指向“当前堆栈位置”。 push 指令存储一个值并移动堆栈指针。当一个函数返回时，它将堆栈指针放回到它在函数入口处的任何值（也许它也弹出自己的参数，作为调用约定的一个特性）。就是这样。并非每个实现都是相同的（例如 gcc 有 -fsplit-stack，大多数现代操作系统在第一次使用时都在堆栈中而不是在前面），但这就是调用堆栈通常的工作方式。跨度>
@AmishRam：为了补充史蒂夫所说的，您通常将一些特定的值压入堆栈 - 这会将堆栈指针移动与该数据大小相对应的量（稍后将其弹出并反转堆栈指针移动），或者编译器计算出许多变量的总大小（例如，在新函数调用开始时所需的所有变量）并在一条指令中将那么多变量添加到堆栈指针，然后使用 a 引用堆栈上的特定变量字节数偏移量。
@AmishRam：“所以这个内存使用类似于 malloc 和 free 因为 free 只是将内存标记为空闲（所以以后可以覆盖它）？”从有限的意义上说，释放的内存在分配之前一直存在，这是完全正确的。当然，malloc 和 free 不能只是增加和减少总堆使用量，因为需要数据的生命周期并没有像堆栈上的变量那样排序。
非常感谢您的回答！ @Steve，也谢谢你！

【解决方案3】：

未定义的行为。您正在从函数返回局部变量地址，因为堆栈帧已被破坏（超出范围）。现在，如果内存（地址）没有被覆盖，那么您将获得相同的值，否则您将获得垃圾。

【讨论】：

关于这一点：...如果内存没有被覆盖，那么您将获得相同的值：您听起来好像毕竟定义了未定义的行为。
栈帧没有被“销毁”
@jogojapan ，行为未定义，因为您无法猜测该内存是否可用（即未分配），这就是结果不可预测的原因。
@UmNyobe 一旦函数返回与其对应的堆栈帧就会被销毁..如果不是这种情况，那么将如何释放帧占用的内存
@anshulgarg 但这不是重点。示例：如果编译器意识到代码的某些部分会导致未定义的行为（并且这在 OP 提供的代码中很容易实现），它可以做任何它想做的事情。它实际上不必生成查看局部变量原始地址的机器代码。因此，即使原始内存没有被覆盖，它也会给你带来垃圾，而且还会发生更糟糕的事情。

【解决方案4】：

您正在调用未定义的行为。
当您从函数返回时，堆栈帧被销毁（超出范围），您可能会收到您留在函数中的值，但这是巧合。

有关示例，请参阅 Wikipedia，有关文章，请参阅 here。

【讨论】：

当我提出我的问题时，我似乎非常困惑。很抱歉我对它进行了如此彻底的编辑。