函數調用與空間分配

    咱們在編程序的時候，都會把某一個特定功能封裝在一個函數裏面，對外暴露一個接口，而隱藏了函數行爲的具體實現，一個大型的複雜系統裏面包含了不少這樣的小函數，咱們稱之爲過程。

    過程是相對獨立的小模塊，系統的運行須要這些過程的緊密合做，這種合做就是函數調用。

    在一個函數執行時調用別的函數，好比 P 調用 Q，須要執行一些特定的動做。傳遞控制，在調用 Q 以前，控制權在 P 的手裏，既然要調用 Q，那麼就須要把控制權交給 Q；傳遞數據，就是函數傳參；分配與釋放內存，在開始時，Q 可能須要位局部變量分配空間，結束時又必須釋放這些存儲空間。

    大多數語言都使用棧提供的先進後出機制來管理內存，x86-64 能夠經過通用寄存器傳遞最多 6 個整數值（整數或地址），若是超過 6 個，那就須要在棧中分配內存，而且經過棧傳遞參數時，全部數據的大小都要向 8 的倍數對齊。將控制權從 P 轉交給 Q，只須要將 PC（程序計數器）的值置爲 Q 代碼的起始位置，並記錄好 P 執行的位置，方便 Q 執行完了，繼續執行 P 剩餘的代碼。

    在函數的傳參、執行中，多多少少都須要空間來保存變量，局部數據能保存在寄存器中就會保存在寄存器中，若是寄存器不夠，將會保存在內存中。除了寄存器不夠用的狀況，還有數組、結構體和地址等局部變量都必須保存在內存中。分配內存很簡單，只須要減少棧指針的值就好了，一樣釋放也只須要增長棧指針。

    在函數執行過程當中，處理棧指針%rsp，其它寄存器都被分類爲被調用者保存寄存器，即當過程 P 調用過程 Q 時，Q 必須保存這些寄存器的值，保證它們的值在 Q 返回到 P 時與 Q 被調用時是同樣的。

    因此遞歸也就不難理解了，初學算法總以爲遞歸有點奇妙，怎麼本身調用本身，而實際上對於計算機來講，它和調用其它函數沒什麼區別，在計算機眼裏，沒有自身與其它函數的區別，全部被調用者都是其它人。

    數組是編程中不可或缺的一種結構，「數組是分配在連續的內存中」這句話已經爛熟於心了，歷史上，C 語言只支持大小在編譯時就能肯定的多維數組，這個多多少少有一些不便利，因此在ISO C99標準中就引入了新的功能，容許數組的維度是表達式。

int A[expr1][expr2]
複製代碼

    由於數組是連續的內存，因此很容易就能訪問到指定位置的元素，它經過首地址加上偏移量便可計算出對應元素的地址，這個偏移量必定意義上就是由索引給出。

    好比如今有一個數組A，那麼A[i]就等同於表達式* (A + i)，這是一個指針運算。C 語言的一大特性就是指針，既是優勢也是難點，單操做符&和*能夠產生指針和簡介引用指針，也就是，對於一個表示某個對象的表達式expr，&expr給出該對象地址的一個指針，而對於一個表示地址的表達式Aexpr，*Aexpr給出該地址的值。

    即便咱們建立嵌套（多維）數組，上面的通常原則也是成立的，好比下面的例子。

int A[5][3];

// 上面聲明等價於下面
typedef int row3_t[3];
row3_t A[5];
複製代碼

    這個數組在內存的中就是下面那個樣子的。

    還有一個重要的概念叫作數據對齊，即不少計算機系統要求某種類型的對象的地址必須是某個值 K（通常是二、4 或 8）的倍數，這種限制簡化了處理器和內存接口之間的設計，甚至有的系統沒有進行數據對齊，程序就沒法正常運行。

    好比如今有一個以下的結構體。

struct S1 {
    int i;
    char c;
    int j;
}
複製代碼

    若是編譯器用最小的 9 字節分配，那麼將是下面的這個樣子。

    可是上面這種結構沒法知足 i 和 j 的 4 字節對齊要求，因此編譯器會在 c 和 j 之間插入 3 個字節的間隙。

    在極客時間專欄中有這樣一段代碼。

int main(int argc, char *argv[]){
    int i = 0;
    int arr[3] = {0};
    for(; i <= 3; i++){
        arr[i] = 0;
        printf("Hello world!\n");
    }
    return 0;
}
複製代碼

    這段代碼神奇的是在某種狀況下會一直循環的輸出Hello world，並不會結束，在計算機系統漫遊（補充）中也提到過。

    形成上面這種結果是由於函數體內的局部變量存在棧中，而且是連續壓棧，而 Linux 中棧又是從高向低增加。數組arr中是 3 個元素，加上 i 是 4 個元素，恰好知足 8 字節對齊（編譯器 64 位系統下默認會 8 字節對齊），變量i在數組arr以前，即i的地址與arr相鄰且比它大。

    代碼中很明顯訪問數組時越界了，當i爲 3 時，實際上正好訪問到變量i的地址，而循環體中又有一句arr[i] = 0;，即又把i的值設置爲了 0，由此就致使了死循環。