圖解 | Linux是如何進行函數(shù)調用的？

如果您對上述問題有些困惑，請繼續(xù)往下看吧！

進程的內存布局

如圖：

高地址的一部分空間會分配給內核，稱為內核空間，剩下的內存空間給用戶使用，稱為用戶空間。

用戶空間中有幾個主要的內存區(qū)域：

• 棧：用于維護函數(shù)調用的上下文，離開了棧，函數(shù)調用就沒法實現(xiàn)，棧通常在用戶空間的最高地址處分配，通常有數(shù)兆字節(jié)的大小。

• 堆：堆用來容納程序動態(tài)分配的內存區(qū)域，程序中malloc或new分配的內存就來自堆里。堆通常存在于棧的下方（低地址方向），在某些時候，堆也可能沒有固定統(tǒng)一的存儲區(qū)域，堆一般比棧大很多，可以有百兆甚至幾G的大小。

• 動態(tài)鏈接庫映射區(qū)：這個區(qū)域用于映射裝載的動態(tài)鏈接庫，Linux下如果可執(zhí)行文件依賴其它共享庫，那系統(tǒng)就會在這個區(qū)域分配相應空間，并將共享庫裝入該空間。

• 可執(zhí)行文件映像：存儲著可執(zhí)行文件在內存里的映像，由裝載器在裝載時將可執(zhí)行文件的內存讀取或映射到這里。

• 保留區(qū)：保留區(qū)并不是一個單一的內存區(qū)域，而是堆內存中受到保護而禁止訪問的內存區(qū)域的總稱，例如在大多數(shù)操作系統(tǒng)里，極小的地址通常都是不允許訪問的，如NULL，通常C語言將無效地址賦值為0也是出于這個考慮，因為0地址正常情況下不可能有有效的可訪問數(shù)據(jù)。

函數(shù)調用的棧幀結構

我們都知道函數(shù)調用都是以棧幀為單位，機器通常用棧來傳遞函數(shù)參數(shù)、保存返回地址、保存寄存器（即函數(shù)調用的上下文）及存儲本地局部變量等。

一個單獨的棧幀結構如圖所示：

為單個函數(shù)調用分配的那部分棧稱為棧幀，棧幀的邊界由兩個指針界定：寄存器%ebp為幀指針，指向當前棧幀的起始處，通常較為固定；寄存器%esp為棧指針，指向當前棧幀的棧頂位置，當程序執(zhí)行時，棧指針可以移動，因此大多數(shù)數(shù)據(jù)的訪問都是相對于幀指針的。

一次函數(shù)調用的棧幀圖如下：

寄存器使用約定

直接看圖：

圖片來源于網(wǎng)絡，侵權刪

上圖表達的應該已經(jīng)很清楚啦，簡單示例解釋一下，函數(shù)調用需要傳遞參數(shù)時，第一個參數(shù)存到%edi里，第二個參數(shù)會存到%esi里，如果有返回值會存到%eax里，這里如果是64位的返回值，會使用%rax。

函數(shù)的調用約定

這里主要涉及三種約定：

• 函數(shù)參數(shù)的傳遞順序和方式：這里可以有很多參數(shù)傳遞方式，棧傳遞和寄存器傳遞，函數(shù)的調用方將參數(shù)壓入棧中，函數(shù)自己再從棧中將參數(shù)取出，需要規(guī)定壓棧的順序，是從左到右，還是從右到左，有的也使用寄存器傳遞，這都需要約定好。

• 棧的維護方式：在函數(shù)將參數(shù)壓棧后，函數(shù)體會被調用，此后需要將被壓入棧中的參數(shù)全部彈出，以使得棧在函數(shù)調用前后保持一致，這個彈出的工作可以是由函數(shù)的調用方完成還是函數(shù)本身來完成需要約定好。

• 名字修飾策略：為了鏈接的時候對調用約定進行區(qū)分，需要對函數(shù)本身的名字進行修飾，不同的調用約定有不同的名字修飾策略。一般都是前面加個下劃線。

C語言默認的調用約定是cdecl方式，可以通過__attribute__((cdecl))標明使用cdecl約定，其實還有其它一些調用約定，如圖：

函數(shù)的返回值傳遞

這里有幾種情況：

4字節(jié)：當函數(shù)返回值是4個字節(jié)會通過%eax寄存器作為通道，函數(shù)將返回值存儲在%eax中，返回后函數(shù)的調用方再讀取%eax。

5-8個字節(jié)：通過rax寄存器作為通道。

大于8個字節(jié)：以如下代碼舉例：

struct A {// ...大于8字節(jié)  };A func() {A b;return b;}A x = func();

返回值傳遞方式如圖：

1. 調用函數(shù)首先在棧上額外開辟一片空間，作為臨時對象（temp）

2. temp作為隱藏參數(shù)傳遞給被調用函數(shù)

3. 函數(shù)將數(shù)據(jù)拷貝給temp，同時%eax為指向temp的指針

4. 返回返回后將%eax指向的temp拷貝回被賦予的對象

返回值類型的尺寸太大導致函數(shù)返回時，會開辟一段區(qū)域作為中介，返回值對象會被拷貝兩次，而C++在有些情況下會做返回值優(yōu)化，減少拷貝的次數(shù)，具體可以看我之前的文章：左值引用、右值引用、移動語義、完美轉發(fā)，你知道的不知道的都在這里

參考資料

https://blog.csdn.net/slvher/article/details/8831885

https://blog.csdn.net/slvher/article/details/8831983

https://www.cnblogs.com/alantu2018/p/8465904.html

https://mp.weixin.qq.com/s/fpf4qRRLN3wVDUrWka3HfQ

https://mp.weixin.qq.com/s/j7SKtrMCmYs6g8yH75OH4A

https://www.sec4.fun/2018/05/29/stack/

https://murphypei.github.io/blog/2019/01/linux-heap

https://cloud.tencent.com/developer/article/1515763

《程序員的自我修養(yǎng)：鏈接裝載與庫》