Stack、Memory Heap和汇编代码的关系

Question

我正在尝试更详细地了解 C/C++ 代码的编译过程及其内存管理。假设如下代码：

#include <iostream>

int main() {
    int a = 5;
    int *b = (int *) malloc(40);
    return 0;
}

我知道a 和b 将在堆栈上创建，b 的值（它指向的内存）将在堆上。

编译成汇编的代码如下所示：

    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    subq    $16, %rsp
    movl    $40, %eax
    movl    %eax, %edi
    movl    $0, -4(%rbp)
    movl    $5, -8(%rbp)
    callq   _malloc
    xorl    %ecx, %ecx
    movq    %rax, -16(%rbp)
    movl    %ecx, %eax
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    retq

我的问题是；

a is on the stack (memory) 在这里是什么意思？根据上面的汇编，a 直接嵌入到指令$5, -8(%rbp) 中，没有对内存位置的引用。如果它在内存中，那么a 的地址是什么？

我知道_malloc 在堆（内存）上创建 40 个字节并返回第一个内存地址，但我看不到堆栈是如何填充的，除了从它获取的指令本身之外，这里没有与内存的交互.

Answer 1

a is on the stack (memory) 在这里是什么意思？

这意味着由变量命名的对象存储在称为堆栈的内存部分，也称为调用堆栈。调用堆栈包含函数的局部自动变量。

movl    $5, -8(%rbp)

rbp 是帧指针。它指向调用 stack 的当前帧。该指令将常量 5 移动到 rbp 指向的内存中，偏移量为 -8 字节。也就是说，这条指令初始化了栈上的变量a。

如果它在内存中，那么 a 的地址是什么？

a 的地址似乎是rbp - 8，其中rbp 是存储在帧指针中的地址。在C++领域，可以使用addressof操作符来获取地址。

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stack（与内存有关）、heap、frame、rbp 等均未定义通过 C++ 语言。这些词在特定 CPU 架构的上下文中具有意义。

Answer 2

语言中没有任何内容表明a 将在堆栈中。编译器有权将它放在任何它想要的地方；特别是，如果它不需要把它放在任何地方，它就不必。

变量a 在您将 5 放入其中后就不再使用，因此一个体面的优化器会完全抛弃该行。

但是，在您的特定情况下，在我看来 a 确实在堆栈中。它位于 %rbp 中帧指针的 -8 个字节处。也就是说a的地址是-8(%rbp)，也就是“rbp寄存器中的值，负8”，非常接近栈顶。

为了更详细。堆栈存在于内存中。让我们假设堆栈在内存中向下增长（这是常规的），因此堆栈的“顶部”向更小的地址增长。有一个“堆栈指针”指向堆栈的顶部，即最后添加到堆栈中的地址（我这里是笼统地说）。

要分配 N 字节的堆栈空间，只需从堆栈指针中减去 N。生成的代码通常在一条指令中执行此操作，因为它知道输入函数所需的总空间。要释放该空间，代码可以 (a) 添加 N，或 (b) 恢复堆栈指针的减法前值，该值已保存在某处。选择实际上是定义了编译器系统想要如何管理堆栈的更详细的细节。

在堆栈管理中可能会使用一些辅助寄存器。一个常见的就是有一个“帧指针”，这就是 %rbp 在这里所扮演的角色。