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《C语言程序设计进阶教程》一2.3 调用栈

简介: 本文讲的是C语言程序设计进阶教程一2.3 调用栈,本节书摘来华章计算机《C语言程序设计进阶教程》一书中的第2章,第2.3节, Intermediate C Programming[美] 陆永祥(Yung-Hsiang Lu) 著 徐东 译 译更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
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2.3 调用栈

2.3.1 返回位置

本文讲的是C语言程序设计进阶教程一2.3 调用栈,计算机是怎样使用栈内存的呢?考虑下面的代码片段:
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函数f2在第10行调用了f1。在f1完成它的任务后,程序从f1之后的那一行继续运行f2。图2.2描述了程序的流程。

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假设如图2.3所示,一个标记插在f1被调用处的正下方。这个标记告诉程序在f1结束之后它应该在哪里继续下去。这叫作“返回位置”,它的含义为在函数f1返回之后(即在f1完成其任务之后),程序应该从此处继续执行。

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一个函数在它执行到返回声明处就结束了——在这条声明下的一切都要被略过。考虑下面的例子:
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在这个函数中,如果第3行的条件是真的,那么此函数将会在第6行执行return。在这种情况下,第7行的任何内容都会被略过,程序将从返回位置继续。然而,如果第3行的条件是假的,那么函数将在第9行开始执行代码。注意在第9行不需要有一个else。当函数到达第11行的时候,return被执行,函数就停止了——第12行被略过了。这里,“略过”的意思是当程序运行时这部分代码不会被执行。虽然第7行和第12行不会被执行,但如果它们包含了语法错误,源代码也不会被编译。下面,让我们考虑3个函数:
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函数f3在第15行调用f2,f2在第8行调用f1。当f1结束之后,程序从调用f1之后的那行继续执行(第9行)。当f2结束之后,程序从调用f2之后的那行继续执行(第16行)。程序是怎样知道在一个函数结束之后该从哪里继续呢?当f3调用f2时,与“第16行”等价的机器码被压入栈内存。图2.4显示了当运行这个程序时函数调用的流程。

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假设每个函数调用之后的那行被标记为一个返回位置(RL),如图2.5所示。本书使用行编号作为返回位置。本书中的调用栈是一个简化了的概念化模型,不反映任何具体型号的处理器。真正的处理器使用程序计数器而非行编号。

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为什么栈内存“后入先出”的原则这么重要呢?栈内存存储着函数调用的倒序。因此程序才会知道它应该在f1结束之后从RL B而非RL A继续。程序使用栈内存来记住返回位置。栈内存也叫作调用栈,每一个C程序都由它来控制其函数执行的流程。几乎所有的计算机编程语言都采取这个方案。
我们的三函数程序执行时,调用栈可能会显示如下信息:当f3调用f2时,调用f2后的行编号(RL A)被压入栈内存。
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当f2调用f1时,调用f1后的行编号(RL B)被压入栈内存。
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当f1结束之后,行编号9就会出栈,程序在此行编号(9)处继续。调用栈现在有行编号16。
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当f2结束之后,行编号被弹出,程序在此行编号(16)处继续。程序员不需要担心标记返回位置的问题,编译器会负责插入合适的代码来完成这件事。
知道为什么栈必须存储返回位置是有意义的。考虑这个例子:
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函数f1在两个不同的位置(第8行和第11行)被调用。当f1在第8行被第一次调用时,程序在f1结束后从第9行(RL A)继续。当f1在第11行被第2次调用时,程序在f1结束后从第12行(RL B)继续。调用栈是一个管理这些返回地址的简单的方案,因为相同的函数(f1)可以在不同的地方被调用,必须安排一些返回地址来追踪将要执行的下一行代码。
调用栈的规则可以归结为如下几条:
screenshot当一个函数被调用时,这条调用之后的行编号就被压入调用栈。这个行编号就是“返回位置”(RL)。这是在被调用函数结束(即返回)之后程序继续执行的地方。
screenshot如果相同的函数在不同行处被调用,那么每个调用都有一个相应的返回位置(每个函数调用之后的那行)。
screenshot当一个函数结束之后,程序将从存储在调用栈顶部的行编号处继续。调用栈顶部的内容就会被弹出。
原文标题:C语言程序设计进阶教程一2.3 调用栈

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